Comenzó a efectuar sencillas observaciones celestes, luego trabajos astronómicos cada vez más importantes que llegaron a impresionar a los responsables de la Universidad de Harvard, quienes le nombraron director del Observatorio de Harvard (Harvard College Observatory) en cuando fue terminado (1847).

Con este instrumento pudo, junto con su hijo George Phillips Bond, descubrir Hiperión, una nueva luna del planeta Saturno (10 de octubre de 1846); este descubrimiento lo compartió con el astrónomo inglés William Lassell, ya que ambos equipos trabajaron, independiente pero simultáneamente, la misma noche.

Requirió la ayuda de un fotógrafo profesional, John A. Whipple, a quien contrató como ayudante: juntos, experimentando con nuevas emulsiones (todavía placas secas) y tiempos de exposición, lograron capturar y fotografiar la brillante estrella Vega en el año 1850.

Por sus notables trabajos, experimentos y avances en la fotografía celeste, fue el primer ciudadano estadounidense en ser aceptado como miembro de la prestigiosa Real Sociedad Astronómica Británica en 1849.

Tras su fallecimiento sería su hijo, George Phillips Bond, quien ocupase el cargo de Director del observatorio.