En 1842 se trasladó al Observatorio de Estocolmo para ganar experiencia práctica en astronomía y al año siguiente fue designado guarda del Observatorio Astronómico de Upsala.

[1]​ En 1858 sucedió a Adolph Ferdinand Svanberg como director de física en Upsala.

Su combinación del espectroscopio con la fotografía para estudiar el Sistema Solar dio como resultado descubrir que la atmósfera del Sol contiene hidrógeno,[2]​ entre otros elementos (1862), y en 1868 publica su gran mapa del espectro normal del Sol en Recherches sur le spectre solaire, incluyendo medidas detalladas de más de 1000 líneas espectrales, que durante mucho tiempo permaneció como una referencia en cuestión de longitud de onda, aunque sus medidas fueran inexactas en una parte en 7000 u 8000 debido a que el metro que usó como estándar era demasiado corto.

[3]​ Ångström fue el primero, en 1867, en examinar el espectro de las auroras boreales, y detectó y midió la línea brillante características en la región del amarillo-verde, aunque se equivocó en suponer que esa misma línea, a veces conocida con su nombre, se vería también en la luz zodiacal.

Para esta investigación desarrolló varios métodos e instrumentos delicados, incluyendo su pirómetro por compensación eléctrica, inventado en 1893, y un aparato para obtener una representación fotográfica del espectro infrarrojo en 1895.