Nació en Marshfield, Montana. Favorecido con el otorgamiento de una beca, estudió en la Universidad de Oxford, donde se graduó en Derecho; mas, tras solo un año como abogado abandonó la práctica legal e ingresó en la Universidad de Chicago para estudiar astronomía, disciplina en la que se doctoró en 1917.
Finalizada la primera guerra mundial entró a trabajar en el Observatorio del Monte Wilson de California, donde sobresalió por sus estudios de las nebulosas espirales y por su clasificación de los sistemas extragalácticos. Entre 1922 y 1924, en base a un concienzudo estudio de cierto tipo de estrellas denominadas cefeidas, estableció la existencia de nebulosas situadas fuera de la Vía Láctea. Estos cuerpos celestes constituirían, de acuerdo a sus teorías, galaxias en sí mismas, tesis que de inmediato cambió la noción vigente sobre las auténticas dimensiones del cosmos y abrió el camino a la exploración extragaláctica.
Seguidamente, en 1926, afrontó la tarea de clasificarlas en función de su forma, clasificación que mantiene vigencia hasta el día de hoy.
El estudio pormenorizado de su estructura le permitió realizar otro hallazgo fundamental: que las nebulosas extragalácticas se alejan de la Vía Láctea, y que lo hacen a mayor velocidad cuanto más alejadas se encuentran de ella.
Las implicaciones de dicho descubrimiento pronto resultaron evidentes: el universo, durante largo tiempo considerado estático, en realidad estaba en expansión. En 1929 Hubble determina la existencia de una relación constante entre distancia y velocidad de separación, constante que desde entonces lleva su nombre.
Falleció en San Marino. En 1961 se publicó el Atlas Hubble de las galaxias , fruto de más de treinta años de observaciones de este astrónomo.