Em 1959 entrou para a University College, Oxford, para estudar Matemática, mas por este curso não estar disponível na universidade, optou então por Física, formando-se três anos depois. Os seus principais interesses eram a termodinâmica, a relatividade e a mecânica quântica. Em 1966, doutorou-se na Trinity Hall em Cambridge, onde é actualmente membro honorário. Depois do doutoramento, passou a ser investigador e, mais tarde, professor nos Colégios Maiores de Gonville e Caius. Depois de abandonar o Instituto de Astronomia em 1973, Stephen entrou para o Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica tendo, entre 1979 e 2009, ocupado o posto de professor lucasiano de Matemática, cátedra que fora de Newton, sendo actualmente professor lucasiano emérito da Universidade de Cambridge.
Hawking também sugeriu que, após o Big Bang, primordiais ou miniburacos negros foram formados. Com Bardeen e Carter, propôs as quatro leis da mecânica de buraco negro, fazendo uma analogia com a termodinâmica. Em 1974, calculou que buracos negros deveriam, termicamente, criar ou emitir partículas subatómicas, conhecidas. Também demonstrou a possível existência de mini buracos e participou dos primeiros desenvolvimentos da teoria da inflação cósmica no início da década 80 com outros físicos como Alan Guth, Andrei Linde e Paul J. Steinhardt, teoria que tinha como proposta a solução dos principais problemas do modelo padrão do Big Bang.
A 9 de Janeiro de 1986, foi nomeado pelo papa João Paulo II membro da Pontifícia Academia das Ciências.
Em 1993, participou de episódio da série Star Trek - A Nova Geração em cena em que é um holograma, conjuntamente com Newton e Einstein, jogando cartas com o personagem Data.
Em 1994, participou na gravação do disco dos Pink Floyd, The Division Bell, fazendo a voz digital em "Keep Talking".
Participou algumas vezes n’ Os Simpsons, Futurama, O Laboratório de Dexter, Os Padrinhos Mágicos, no cartoon Dilbert e em Superhero Movie.
Recentemente participou numa publicidade do Discovery Channel chamada Eu amo o Mundo, onde disse "Boom De Ya Da".
-Buracos Negros, Universos-Bebés e outros Ensaios
-O Fim da Física
-A Natureza do Espaço e do Tempo (em co-autoria com Roger Penrose)
-Breve História do Tempo Ilustrada
-O Universo numa Casca de Noz
-O Futuro do Espaço-Tempo (em co-autoria com Alan Lightman, Kip Thorne, Igor Novikov e Timothy Ferris)
-Os Génios da Ciência: Sobre os Ombros de Gigantes
-Brevíssima História do Tempo (em co-autoria com Leonard Mlodinow)