En 1869, en Nueva York, consiguió un empleo de condiciones muy ventajosas tras solventar una grave avería en un indicador telegráfico que señalaba los precios del oro en la Bolsa. Trabajó en la compañía telegráfica Western Union, aunque poco después se independiza y en 1877 lleva a cabo uno de sus más importantes inventos, el fonógrafo.
Aunque se le atribuye la invención de la lámpara incandescente en realidad sólo fue perfeccionada por él, quien, tras muchos intentos consiguió un filamento que alcanzara la incandescencia sin fundirse. Este filamento no era de metal, sino de bambú carbonatado. Así, el 21 de octubre de 1879, consiguió que su primera bombilla luciera durante 48 horas seguidas.
En 1880 se asocia con J.P. Morgan para fundar la General Electric.
En el ámbito científico, descubrió el efecto Edison, patentado en 1883, que consistía en el paso de electricidad desde un filamento a una placa metálica dentro de un globo de lámpara incandescente. Aunque ni él ni los científicos de su época le dieron importancia, estableció los fundamentos de la válvula de la radio y de la electrónica (el denominado efecto Edison). Las aportaciones de Edison al mundo del cine también fueron muy importantes. En el año 1889 comercializa la película en celuloide de formato 35mm, aunque no la pudo patentar porque un tiempo antes George Eastman ya lo había hecho; aunque sí pudo patentar las perforaciones laterales que tiene este tipo de película.
En 1894 los Kinetoscopios de Edison llegan por primera vez a Europa; más concretamente a Francia. Dos años después, en 1896, presenta el vitascopio en Nueva York con la pretensión de reemplazar a los kinetoscopios y acercarse al cinematógrafo inventado por los hermanos Lumière.
Como homenaje póstumo, el 18 de octubre de 1931 (dia de su muerte), fueron apagadas las luces de varias ciudades durante un minuto. En Estados Unidos se le considera una de las más importantes mentes inventoras del siglo XX, con más de mil patentes, lo que significó una transformación en la actividad de inventar, desde un simple entretenimiento a la creación de una empresa.