1673'ten itibaren Oxford'daki The Queen's College'a devam etti. Bu sıralarda 17 yaşındaydı. Daha öğrenci iken güneş sistemi ve güneş lekeleri ile ilgili makaleler yayımladı.
1675 yılında Kraliyet astronomu Flamsteed'in yanında çalışmaya başladı ve hem Oxford hem de Greenwich'deki gözlemlerde ona yardımcı oldu. Merkür'ün tutulmasını gözlemledi.
1676 yılında, bitirme sınavlarına girmeden Oxford Üniversitesi'ni bıraktı. Güney yarıküre yıldızlarını incelemek amacı ile güney Atlas Okyanusu adalarından St. Helena'ya gitti. Kasım 1678'de İngiltere'ye geri döndü. Ertesi yıl, 341 güney yıldızının ayrıntılarını içeren Catalogus Stellarum Australium adlı eseri yayımladı. Yıldız haritasına yaptığı bu katkılar onunTycho Brahe ile karşılaştırılacak kadar ünlenmesine yol açtı. Oxford'dan diplomasını aldı ve Kraliyet Cemiyeti üyeliğine (Fellow of the Royal Society) seçildi.
1686'da seyahatinin ikinci bölümünü yayımladı. Bu bölümde Alize Rüzgârları ve muson yağmurlarını konu alan bir makale ve harita yer alıyordu. Burada Güneş ısısının Dünya atmosferinin hareketlerindeki etkisini gösterdi. Aynı zamanda barometrik basınç ile deniz seviyesinden yükseklik arasında bir ilişki olduğunu da gösterdi. Haritaları, yeni gelişmekte olan, bilgiyi görselleştirme tekniklerine önemli katkı sağladı.
1682'de Mary Tooke ile evlendi ve Islington'a yerleşti. Zamanının büyük kısmını ay gözlemleri ile geçirmesine rağmen yer çekimi ile de ilgilendi. Kepler'in gezegensel hareket yasaları'nın kanıtlanması kafasını kurcalayan bir problem idi. Ağustos 1684'te Cambridge Üniversitesi'nde Isaac Newton ile bunu tartışmak üzere buluştu. Newton, problemi çözmüş, ama çözümü yayımlamamıştı. Halley onu yayımlamaya ikna etti.
1687'de Newton, ''Philosophiae Naturalis Principia Mathematica'' adlı eserini yazdı ve Halley'in parası ile yayımladı. Yaptığı birçok katkının yanında Newton'u Principiayı yazmaya ikna etmesi ve masraflarını ödeyerek yayımlanmasını sağlaması, birçokları tarafından bilime yaptığı en büyük katkı sayılmaktadır.
1693'te nüfus kayıtlarının düzenliliğiyle tanınan Alman-Polonya kenti Breslau'nun (Wroclaw) ölüm yaşı kayıtlarını analiz ettiği bir makale yayımladı. Bu makale, İngiliz hükümetine hayat sigortası fiyatlarını alıcının yaşına bağlı olarak ayarlama imkânı verdi. Halley'nin çalışmaları aktüeryanın gelişimine büyük katkıda bulundu. John Graunt'ın daha ilkel çalışmalarından sonra gelen Breslau hayat tablosu, demografi tarihinde önemli bir olay olarak değerlendirilmektedir.
1690'da uzun süre su altında kalabilen ve sualtı araştırmaları için penceresi bulunan bir araç olan dalma çanının planlarını tamamladı. Halley'in dalma çanında hava, yüzeyden gönderilen ağırlık bağlanmış varillerle sağlanıyordu.
1698'de Dünya manyetizmasını kapsamlı olarak incelemek amacı ile HMS Paramore adlı geminin komutasına getirildi. Bu görevi, Atlas Okyanusu'nda iki sene süren ve 52° kuzey ilâ 52° güney enlemlerine uzanan bir yolculukla tamamladı. Sonuçlar Pusula Sapmasının Genel Haritası (General Chart of the Variation of the Compass) (1701) adlı kitapta yayımlandı. Bu, türünün ilk haritası ve isogonlar (halley çizgileri) içeren ilk haritaydı.
1703 Kasım'ın da, Oxford Üniversitesi'nde geometri profesörlüğüne getirildi ve 1710'da fahrî hukuk doktoru ünvanı aldı. 1705'te tarihsel astronomi yöntemlerine dayanarak 1406, 1531 ve 1607'de görülen kuyruklu yıldızların farklı değil, tek bir kuyruklu yıldız olduğunu ve bu yıldızın 1758'de geri döneceğini öne sürdüğü Synopsis Astronomia Cometicae'yi yayımladı. Kuyruklu yıldız hesaplanan tarihte geri döndüğünde Halley Kuyruklu Yıldızı olarak anılmaya başlandı.
1716'da Halley, Venüs'ün Güneş'in önünden geçiş süresinin hassas bir şekilde ölçülerek Dünya ile Güneş arasındaki uzaklığın hesaplanmasını önerdi. 1718'de kendi astrometrik hesaplarını eski
Yunanlılarınki ile karşılaştırarak "sabit" yıldızların hareket ettiklerini keşfetti. 1720'de John Flamsteed'in varisi olarak ölümüne kadar sürdüreceği Kraliyet Astronomu görevine getirildi.
Edmond Halley, 14 Ocak 1742 tarihinde Greenwich'te öldü.