Hoking je diplomirao fiziku na Oksfordu, potom je s temom iz teorije relativnosti doktorirao na Kembridžu, gde je nastavio svoju akademsku karijeru. Postao je član Kraljevskog društva 1974, profesor matematike 1979. Kao student dobio veoma progresivnu neuromotoričku bolest koja veoma onesposobljuje i ograničava kretanje i govor. Svoj matematički rad je nastavio mentalno i saopštavao ga tek u završnom obliku. Njegov životni rad predstavlja izvanrednu pobedu nad teškom fizičkom onesposobljenošću.
Hoking je započeo proučavanje opšte teorije relativnosti, primećujući da Ajnštajnova teorija ne objašnjava kvantnomehaničku prirodu fizike i nije u stanju da adekvatno opiše gravitacione singularitete poput „crnih rupa“ ili „velikog praska“. U knjizi The Large Scale Structure of Space-Time (G. F. R. Ellis, 1973) pokazao je da se prostor-vreme singularitet mora pojaviti na početku univerzuma i samo prostora i vremena; to je bio „veliki prasak“ (tačka beskonačno visoke gustine prostornovremenske zakrivljenosti). Univerzum se od te tačke pa nadalje širi.
Hoking je veoma unapredio naše znanje o crnim rupama – one su singularitet u vremenu i prostoru, koji su uzrokovani masom dovoljnom da zakrivi prostor tako da je onemogućen prolazak svetlosnih talasa (fotona). Granica unutar koje svetlost ne može da izađe zove se horizont događaja i zadata je Švarcšildovim radijusom. Hoking je ustanovio da se horizont događaja vremenom može samo povećavati ili ostati konstantan, tako da ukoliko bi dve crne rupe nestale, površina novonastale oblasti bila bi veća od zbira površinina komponenti.
Pokazao je da mehanika crnih rupa ima paralele u zakonima termodinamike (prema kojima entropija mora rasti s vremenom). Takođe je pokazao da crne rupe ne nastaju samo usled kolapsa zvezda već i usled kolapsa i drugih visokokompresovanih regiona prostora.
U periodu od 1970. do 1974. Hoking i njegovi saradnici dokazali su Vilerovu (J. Wheeler, 1911 —) hipotezu (poznatu kao „ni-dlaka“ teorem) da su samo masa, ugaoni moment i električno naelektrisanje očuvani jednom kada materija dospe u crnu rupu.
Godine 1974. Hoking je došao do izvanrednog rezultata da crne rupe mogu emitovati toplotno zračenje. Na primer, ako je par čestica-antičestica nastao u blizini horizonta događaja, a samo jedna je unutar njega, tada crna rupa efektivno emituje toplotno zračenje. Konačna se temperatura otuda mora povezati s crnom rupom, a analogija između mehanike crne rupe i termodinamike je stvarna. Indirektna evidencija za aktuelno postojanje crnih rupa u centru aktivnih galaksija je sada zadobijena: postoji izvesna evidencija da je u centru naše galaksije, Mlečnog puta, crna rupa.
Nešto skorije je Hoking preduzeo da formuliše konzistentnu kvantnomehaničku teoriju gravitacije, koja bi gravitaciju povezala s druga tri osnovna tipa sile (slabom nuklearnom, jakom nuklearnom i elektromagnetnom interakcijom). Njegova netehnička knjiga „Kratka istorija vremena“ (eng. A Brief History of Time, 1988) je bila izvanredni izdavački uspeh. Postao je počasni pratilac kraljice, 1989.
