Hubble 1889. november 20-án született a Missouri állambeli Marshfieldben. Fiatalon a sportban is kiváló volt, de a csillagászat is vonzotta, nagyapja szerettette meg vele a csillagok világát, még távcsövet is épített neki. Apja halálos ágyánál tett ígérete miatt mégis jogi tanulmányokat folytatott Chicagóban, majd az angliai Oxfordban, igaz, közben fizikai előadásokat is hallgatott.
1913-ban egy amerikai középiskolában spanyol nyelvtanárként helyezkedett el, de rövid idő után feladta a tanári hivatást és csak a csillagászattal foglalkozott. 1916-ban a kaliforniai Mount Wilson Obszervatórium állást ajánlott neki, 1917-ben ledoktorált. Az Egyesült Államok ebben az évben lépett be az első világháborúba, Hubble rövid ideig Európában a fronton szolgált. Leszerelése után folytatta a kutatómunkát a Wilson-hegyi csillagászati központban, az addigra elkészült és akkoriban legerősebbnek számító Hooker teleszkóppal.
Hubble nem osztotta a Tejútrendszer nagyságát kiszámoló Harlow Shapley véleményét, aki úgy gondolta, hogy a korábban megfigyelt homályos ködfoltok meglehetősen közeli világító gázok. 1924-ben bebizonyította, hogy az Androméda-köd majdnem egymillió fényévnyi távolságra van és maga is galaxis, majd osztályozta is a csillagrendszereket távolságuk, méretük és fényességük szerint.
Munkatársával, Milton Humasonnal a vöröseltolódás korábban már felfedezett jelenségét (a távoli galaxisok fénye a vörös fény felé tolódik el) vizsgálva arányosságot fedezett fel az objektumok távolsága és vöröseltolódása között. 1929-ben megfogalmazta a később róla elnevezett törvényt, amely szerint a Tejútrendszeren kívüli galaxisok annál nagyobb sebességgel távolodnak, minél nagyobb távolságra vannak tőlünk. Ezzel elsők között jutott el a táguló világegyetem gondolatához, megállapítása vezetett el később az ősrobbanás elméletének kidolgozásához is.
Számításai hatással voltak Einstein általános relativitáselméletére is: a tudós addig képtelen volt hinni számításaiban, amelyek azt mutatták, hogy az univerzum nem lehet nyugalomban. Ennek kiküszöbölésére vezette be a kozmológiai állandót, amelyet Hubble eredményeinek megismerése után élete legnagyobb tévedésének nevezett.
Hubble az 1930-as évek végén részt vett a kaliforniai Mount Palomar Obszervatórium ma is működő Hale óriásteleszkópjának megtervezésében, a műszert elsőként ő használhatta. Ekkortájt írta ma már alapvetőnek számító két munkáját, de gyengülő egészsége egyre jobban akadályozta munkájában. 1953. szeptember 28-án hunyt el agytrombózisban a kaliforniai San Marinóban.
Élete során sokat tett azért, hogy a csillagászatot a fizika egyik ágának ismerjék el, és hogy a Nobel-díjat csillagászoknak is odaítélhessék. Ez irányú erőfeszítései csak halála után jártak sikerrel, így ő – bár kiérdemelte volna – nem kaphatta meg a legrangosabb tudományos elismerést. Ma nevét viseli többek között aszteroida, kráter a Holdon és az 1990. április 24-én útjára indított amerikai űrtávcső, amely olyan mélységben képes az univerzum vizsgálatára, amelyről csillagász korábban még csak nem is álmodhatott. Az űrtávcső a tervek szerint utódja, a James Webb űrtávcső 2018-as felbocsátásáig marad szolgálatban, ezután a Csendes-óceánba irányítva megsemmisítik.
