Després d’haver descobert un cometa (1811) i d’interessar-se per la meteorologia i el magnetisme, fou nomenat astrònom de l’observatori del col·legi de Harvard, del qual fou, posteriorment, el primer director. Des d’aquest lloc desenvolupà l’aplicació de la fotografia a l’astronomia, i obtingué la primera fotografia d’un estel (Vega, 1850). El 1848, amb el seu fill George Phillips (1825-65) —que el succeí en la direcció de l’observatori de Harvard—, descobrí el setè satèl·lit de Saturn, Hiperíon, féu estudis sobre l’anell d’aquest planeta i aplicà el cronògraf elèctric a les seves observacions. Fixà el valor de l’albedo de la Lluna en 0,073.