In 1774 het hy met behulp van 'n selfgemaakte teleskoop met 'n sistematiese ondersoek van die sterrehemel begin. Dit het onder meer gelei tot die ontdekking van die planeet Uranus, die poolkappe van Mars en twee van Saturnus se mane.
Voorts het hy ook talle newelvlekke, sterrehope en dubbelsterre ontdek. Herschel het afgelei dat die son deur die hemelruim beweeg en aanvaar dat alle sterre geleë is in ŉ stelsel wat die vorm van 'n afgeplatte lens het. Frederick William (oorspronklik Friedrich Wilhelm) Herschel is op 15 November 1738 in Hannover gebore. Sy vader was 'n musikant en aangesien William musiekaanleg getoon het, het hy op 14-jarige leeftyd lid geword van 'n militêre kapel.
Op 13 Maart 1781 het hy in die sterrebeeld van die Tweeling 'n voorwerp ontdek wat 'n paar nagte later van posisie verander het. Herschel het gemeen dit is 'n komeet wat hy ontdek het en hy het dit bekend gemaak. Later het dit geblyk ŉ planeet te wees wat buite die baan van Saturnus beweeg. Die ontdekking van die planeet, vandag bekend as Uranus, het Herschel onmiddellik beroemd gemaak. Die Engelse koning, George III, het Herschel tot koninklike sterrekundige benoem met 'n jaargeld wat hom in staat gestel het om hom voltyds aan die sterrekunde te wy. Saam met sy suster Carolina Lucretia Herschel (1750- 1848) het hy na Datchet verhuis en later (in 1786) na Slough.
Sy grootste teleskoop was 12 meter lank en met 'n spieël van 1,45 min deursnee. In 1788 is Herschel met die welgestelde weduwee Mary Pitt (née Baldwin) getroud. Uit die huwelik is 'n seun, John Frederick William gebore wat later die werk van sy vader sou voortsit. In 1782 het Herschel lid van die Royal Society geword en in 1821 die eerste voorsitter van die pasgestigte Royal Astronomical Society. Herschel is op 25 Augustus 1822 in Slough oorlede.
Herschel het op feitlik elke gebied van die sterrekunde navorsing gedoen. In 1780 het hy twee verhandelings geskryf, die een oor die veranderlike helderheid van die ster Mira Ceti en die ander oor die maangebergte. In 1781 het hy die eerste van 'n reeks verhandelings geskryf oor die omwentelings van die planete en hul mane. Hy het die poolkappe van Mars ontdek en op grond van die stand van die rotasie-as het hy tot die gevolgtrekking gekom dat die seisoene op mars grotendeels ooreenstem met die op die aarde.
Tussen 1790 en 1808 het sy verhandelinge oor Saturnus en sy ringe verskyn. In 1789 het hy die sesde en die sewende maan van Saturnus ontdek, onderskeidelik Mimas en Enkelados genoem. In 1775 het hy 'n verhandeling oor die son geskryf en aanvaar dat die son uit 'n donker (moontlik bewoonde) kern bestaan omring deur 'n atmosfeer waarin die sonvlekke as gate waargeneem word. Hy het gemeen die son verkry sy energie van die voortdurende neerstorting van komete op die oppervlak.
Soos talle van sy voorgangers het Herschel gepoog om die afstand tussen die aarde en 'n ster te meet. Hy het gesoek na twee sterre wat naby mekaar geleë is, maar opsigtelik in helderheid verskil. Die helder ster sou volgens hom nader wees as die flouer ster. As gevolg van die jaarlikse beweging van die aarde om die son, so het Herschel gemeen, sou die helder ster 'n klein afstand verplaas word ten opsigte van die flou ster (as gevolg van parallaks) en so sou die afstand na die helder ster bepaal kon word. Herschel het stelselmatig na sulke sterrepare gesoek maar kon geen parallaks vind nie.
Hy het vasgestel dat die sterre in een helfte van die hemelruim skynbaar weg van mekaar beweeg en in die ander helfte na mekaar. Hy het tot die korrekte gevolgtrekking gekom dat dit 'n bewys is van die beweging van die son ten opsigte van die sterre. Hierdie beweging sou gerig wees in ongeveer die rigting van die ster ʎ van Hercules (die sogenaamde toppunt of apeks van die son). In 1783 het Herschel sy eerste verhandeling hieroor geskryf naamlik, On the motion of the solar system in space.