2004年，被美国的《科技评论》杂志选为35岁以下的100名青年创新者。

2005年3月，庄小威被美国霍华德·休斯医学研究会从全美300多位提名人选出，在之后7年中获得700万美元的资助。

2006年初，被聘为哈佛大学化学和物理双学科正教授，是哈佛物理系和化学系少有的双科教授，并在哈佛大学建立了以自己名字命名的单分子生物物理实验室。

2011年，获得赛克勒国际生物物理学奖。

2012年5月1日，当选为美国国家科学院院士。

2013年8月，入选北京大学大学堂顶尖学者讲学计划，成为入选该计划的第二位学者。

2015年2月，因为发明了基于单分子荧光检测的超高分辨率成像方法（STORM）而获得美国科学院分子生物学奖。12月，当选为中国科学院外籍院士。

2017年6月，获得瑞典卡罗林斯卡学院颁发的伦纳特·尼尔森奖。

2018年10月，获得2019年度生命科学突破奖。

2020年10月，当选美国国家医学科学院院士。

2024年3月，新西兰皇家科学院（Royal Academy of Sciences New Zealand）官方公布了其2023年院士增选名单，庄小威当选。

2006年，庄小威实验室发明了基于单分子荧光检测的超高分辨率成像方法，即随机光学重建显微法（STORM），并应用该方法实现三维超高分辨率成像。基于光化学机制，她的实验室合成了超亮的可光控的染料及具有最佳性能的荧光蛋白，将分辨率进一步推进到几纳米，比光学衍射极限高近两个量级。在此基础上也发展了活细胞快速三维高分辨荧光成像。这一系列技术发展使得荧光显微技术进入分子水平成像时代。全世界众多实验室采用了这些技术，而基于该技术的商用STORM显微镜已进入包括中国在内的世界各地的影像平台和实验室中，大大促进了生物医学研究。

2015年，庄小威领导研究团队在《Science》杂志上发表单分子成像技术MERFISH（multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization），该技术可以在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析，打破了目前的技术限制。

庄小威带领研究团队发展超分辨率显微镜技术，识别个体病毒粒子进入细胞的机理，并用单分子技术从本质上研究核酸与蛋白的相互作用。她曾拍摄到单一枚感冒病毒如何影响一枚细胞，这是首次有科学家记录到这一过程。

庄小威的研究是要探明生物体系中单个分子或单个粒子的运动表现。庄小威创造性地将荧光光谱和显微分析技术应用于单个分子，这种崭新的物理手段，使得实时揭示复杂生物过程中的分子个体及其运动步骤成为可能，在单分子动力学、核酸与蛋白的相互作用、基因表达机制、细胞核病毒的相互作用等领域做出了杰出的贡献。

庄小威在《Nature》、《Science》、《Cell》、《Nature Methods》、《Nature Biology》、《Neuron》、《PNAS》等学术期刊上发表多篇文章，截止到2015年，她发表的论文他引超过12600次，最高单篇他引超过2000次。

2001年庄小威进入哈佛大学任教，培养了多名博士，并指导博士后的研究工作，她也为中国科学技术大学本科生和研究生授课，并联合培养博士生。其中一些学生的具体信息如下：

学术期刊任职

2011年，受聘为中国科学技术大学大师讲席教授，担任生命科学学院国际科学咨询委员会成员。

2013年，北京大学生物动态光学成像中心科学顾问委员会成员和客座教授。

庄小威的父亲庄礼贤、母亲朱仁芝退休前都是中国科学技术大学教授。

庄小威受聘为中国科学技术大学大师讲席教授，担任生命科学学院国际科学咨询委员会成员。她努力推动了合肥微尺度物质科学国家实验室集成影像中心的建设，开展合作研究。她连续数年来，为科大本科生和研究生授课，并联合培养博士生。她也是北京大学访问教授及生物动态光学成像中心科学顾问委员会成员和客座教授，帮助在该中心建立超高分辨率成像的实验室，并共同指导研究生和博士后。

庄小威在中国组织了多次高水平的学术会议。包括香山会议和两次苏州冷泉港亚洲会议，同时她也多次在国内多个大学和研究所演讲，启发了大量青年学子对科学研究的热情。

庄小威自小聪明伶俐，勤奋好学。庄小威的研究方法、实验原理、装置、结果、分析，逻辑清晰，简洁紧凑，充满科学精神。（中国科学技术大学校友总会评）

庄小威是高分辨率光学成像、单分子荧光共振转移等光子学方法及其应用方面的专家，具有开拓性贡献，极大地推动了生物医学领域的突破性进展。（2010年马克斯·德尔布吕克生物物理奖评）

庄小威发明了突破光学衍射极限的STORM荧光成像技术，使得光学显微镜分辨能力接近纳米尺度，极大地推动了亚细胞微观结构的研究。（2011年赛克勒国际生物物理学奖评）