En 1959 ingresó a la universidad de Oxford, donde comenzó a estudiar física. Se graduó solo tres años después, en 1962, y en 1966 obtuvo un doctorado en Trinity Hall, Cambridge. En este momento, a los 21 años de edad, le fue detectada una enfermedad degenerativa, la esclerosis lateral amiotrófica. Esta enfermedad se fue agravando con el paso de los años, hasta dejarlo casi completamente paralizado. Por esto, se vio forzado a comunicarse a través de un aparato generador de voz.

En 1971, junto con Roger Penrose, demostró el primero de muchos teoremas de las singularidades espaciotemporales, dentro de la teoría de la relatividad general. Posteriormente, planteó lo que hoy se conoce como radiación Hawking, proponiendo la emisión de radiación de los agujeros negros. En 1979 se incorporó al departamento de Cambridge, donde actualmente es profesor emérito de matemática aplicada y física teórica. Es el autor de numerosas obras científicas y divulgativas, entre ellas el best-seller “Breve historia del tiempo” (1988), “El universo en una cáscara de nuez” (2001) y “Brevísima historia del tiempo” (2005).