1953年9月28日，哈勃于加州圣玛利诺因脑血栓逝世。哈勃逝后并未举行任何丧礼，其妻子葛蕾丝·哈勃也未向大众公开哈勃的死讯。

哈勃对20世纪天文系作出许多贡献，被尊为一代宗师。其中最重大者有二：一是确认星系是与银河系相当的恒星系统，开创了星系天文学，建立了大尺度宇宙的新概念；二是发现了星系的红移-距离关系，促使现代宇宙学的诞生。

1914年，他在叶凯士天文台开始研究星云的本质，提出有一些星云是银河系的气团。他发现亮的银河星云的视直径同使星云发光的恒星亮度有关。并推测另一些星云，特别是具有螺旋结构的，可能是更遥远的天体系统。

1919年，他用世界上最大的150厘米和254厘米望远镜照相观测旋涡星云。当时天文界正围绕“星云”是不是银河系的一部分这个问题展开了激烈的讨论。1923～1924年，哈勃用威尔逊山天文台的254厘米反射望远镜拍摄了仙女座大星云和M33的照片，把它们的边缘部分分解为恒星，在分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，远超过当时银河系的直径尺度，因而一定位于银河系外，即它们确实是银河系外巨大的天体系统——河外星系。1924年在美国天文学会一次学术会议上，正式公布了这一发现。这项发现使天文学家们关于“宇宙岛”的争论胜负立即分出，所有天文学家都意识到，多年来关于旋涡星云是近距天体还是银河系之外的宇宙岛的争论就此结束，从而揭开了探索大宇宙的新的一页。 1926 年，他发表了对河外星系的形态分类法，后称哈勃分类。

20世纪初，斯里弗对旋涡星云光谱作过多年研究，发现谱线红移现象。在斯里弗观测的基础上，哈勃与助手赫马森合作，对遥远星系的距离与红移进行了大量测量工作，发现远方星系的谱线均有红移，而且距离越远的星系，红移越大，于是得出重要的结论：星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。

1929年他通过对已测得距离的20多个星系的统计分析，更进一步发现星系退行的速率与星系距离的比值是一常数。两者间存在着线性关系。这一关系后被称为哈勃定律。这个被称为哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值。

这一结论意义深远，因为一直以来，天文学家都认为宇宙是静止的。若认为红移是星系视向运动的多普勒效应造成的，则红移-距离关系表明，距离越远的星系正以越来越快的速度远离我们。运用广义相对论，人们通常把哈勃定律解释为宇宙膨胀的必然结果。哈勃定律的发现有力地推动了现代宇宙学的发展。

后来经过其他天文学家的理论研究之后，宇宙已按常数率膨胀了137亿年。

20世纪初，大部分天文学家都认为宇宙不会膨胀出银河系。但20世纪20年代初，哈勃用当时最大的望远镜观察神秘的仙女座时，发现仙女座中的星云不是银河系的气体，而是一个完全独立的星系。在银河系之外存在许多其它的星系，宇宙比人类想象的要大许多。

哈勃还对旋涡星云的空间分布进行了研究，1936年在所著《星云世界》一书中绘出了旋涡星云按银道坐标的空间分布图。该图表明，在银道面上几乎完全看不到旋涡星云，在银道面两旁所见也不多，而随着银纬增高，所见到的旋涡星云越多。这一现象是由于银河系内银道面附近浓密的星际物质的吸光作用造成的。

他还研究了银河星云的发光机制，1922年指出，发射星云近旁往往有光谱型早于B1型的恒星，反射星云近旁往往有晚于B1型的恒星。

哈勃的著作有《星云世界》《用观测手段探索宇宙学问题》等，两书都是现代天文学名著。他曾经获得太平洋天文学会奖章和英国皇家天文学会金质奖章。

为纪念哈勃的贡献，1990年，美国国家航空航天局（NASA）发明空间望远镜，为纪念哈勃的丰功伟绩，命名为“哈勃空间望远镜”。此外，小行星2069、月球上的哈勃环形山均以他的名字来命名。