Contemporaneo di Newton, Hooke ed Halley, egli può essere considerato insieme ad essi, e malgrado le reciproche spesso turbolente relazioni, uno dei principali autori degli straordinari progressi che la scienza in generale, e l’astronomia in particolare, fecero in quel secolo straordinario.

La sua opera più importante è l’Historia Coelestis Britannica, grande catalogo stellare la cui compilazione lo impegnò con le relative osservazioni per gran parte della sua vita. L’accuratezza delle posizioni calcolate da Flamsteed è incredibile, ma il suo perfezionismo era tale che egli rifiutò ostinatamente di pubblicare la sua opera in quanto perennemente insoddisfatto della precisione raggiunta: e fu Halley che, sotto le pressioni del Royal Committee (l’opera, oltre che per l’astronomia scientifica, era di capitale importanza per la navigazione) pubblicò la prima edizione dell’Historia Coelestis nel 1712, senza il consenso di Flamsteed. L’atlante (Atlas Coelestis) fu pubblicato nel 1729, un decennio dopo la sua morte.

Flamsteed non catalogò le nebulae a parte rispetto alle stelle, ma l’Historia Coelestis Britannica contiene 16 oggetti descritti come nebulae o "stelle nebulose". Soltanto la metà di essi, però, sono effettivamente vere nebulae. Ancora nella seconda edizione di "Messier’s nebulae and star clusters" Kenneth Glyn Jones attribuisce a Flamsteed la scoperta degli ammassi galattici NGC6530 (associato con M8) ed M41. Ma questi due oggetti erano già stati osservati parecchi decenni prima da G. B. Hodierna. Il solo oggetto scoperto da Flamsteed é l’ammasso galattico che circonda la stella 12 Monocerotis, associato con la "Nebulosa Rosetta". L’atlante, inoltre, non mostra alcuna "nebula", a parte le stelle più brillanti delle Pleiadi e del Praesepe: non c’è traccia neppure di M31 in Andromeda.

Tra le osservazioni di Flamsteed spiccano le posizioni di Urano registrate nel 1690, nel 1712 e nel 1715; ma non capì che si trattava di un settimo pianeta, e lo registrò come stella. Sarebbe toccato a William Herschel nel 1781 comprenderne la vera natura.