1661 immatrikulierte er am Trinity College der Universität Cambridge, wo er 1664 zum Scholar, 1665 zum Bakkalaureus, 1667 zum Minor Fellow, 1668 zum Major Fellow und im Juni dieses Jahres zum Master of Arts wurde. 1668 stellte er sein erstes Spiegelteleskop fertig. 1669 erhielt er die Professur am Lucasischen Lehrstuhl in Cambridge. Einer seiner Vorgänger, Barrow, führte Newton in Forschungen zur Optik und in die Mathematik ein.
1669 vollendete er eine Niederschrift einer zusammenfassenden Darstellung zur Reihenlehre "De Analysi per aequationes numero terminorum infinitas" (Über die Rechenkunst mittels der der Zahl ihrer Glieder nach unendlichen Gleichungen), welche aber erst 1711 gedruckt wurde. Diese Abhandlung wurde zum Gründungsdokument der Theorie der unendlichen Reihen. Das Ziel der Arbeit war jedoch die bestimmung von Flächeninhalten, also die Lösung von Integralen.
Newtons Methode bestand darin, den Integranden in eine Reihe zu entwickeln. In dieser Arbeit findet man unter anderem die Entwicklung der Funktionen y = sin(x), y = cos(x) und y = exp(x) in unendliche Reihen. Es fehlt lediglich eine Konvergenztheorie, welche aber erst das Werk von Lobatschewski, Abel, Gauß, Bolzano, Cauchy oder auch Weierstraß war.
1671 lag ein weiteres Buch von Newton druckfertig vor, welches Infinitesimalrechnung zusammen mit verbesserten Darstellungen unendlicher Reihen enthielt, aber erst 1736 erschien, wo der Inhalt bereits überholt war.
1672 wurde Newtons zusammenfassende Schrift "Eine neue Theorie des Lichtes un der Farben" in der Royal Society verlesen, worauf Newton zum Mitglied dieser gewählt wurde. 1673 bis 1683 verfaßte er die "Arithmetica universalis" (Allgemeine Algebra), welche 1707 gedruckt wurde. Aus dieser Arbeit stammt beispielsweise die Bestimmung der Potenzsummen der Wurzeln einer Gleichung aus deren Koeffiziente.
1687 erschien die "Philosophiae naturalis principia mathematica".
1688/89 hielt sich Newton als Parlamentsabgeordneter, nominiert von der Universität Cambridge, vorwiegend in London auf. 1696 wurde er Aufseher der Münzer und 1699 Direktor der Münze. Im selben Jahr nahm ihn auch die Pariser Akademie der Wissenschaften als Mitglied auf. 1701 trat Newton vom Lucasischen Lehrstuhl zurück. 1703 wurde er Präsident der Royal Society und behielt dieses Amt bis zu seinem Tod am 20. März 1727. 1705 wurde Isaac Newton geadelt.
Am Ende seines Lebens stritt Newton mit Leibniz darum, wer von beiden früher die Infinitesimalrechung entwickelt hatte. Beide bezichtigten einander des Plagiats, aber weder Leibniz noch Newton konnte sich bei diesem Streit durchsetzen. Später führten diese Streitigkeiten die Anhänger von Newton gegen Johann Bernoulli weiter.