Seine ersten wissenschaftlichen Publikationen erschienen zwischen 1766 und 1769 in den "Miscellanea Taurinensia" der Turiner Akademie, welche inhaltlich Probleme der Wahrscheinlichkeitsrechnung betrafen.Dem gleichen Themenkomplex widmete Laplace in den folgenden Jahren eine ganze Reihe von Arbeiten, in denen er an die Bernoullis, de Moivre, Bayes und dŽAlembert anknüpfte.
1771 wurde er Lehrer an der Pariser Militärakademie, wo auch Napoleon I. zu seinen Schülern zählte.
1773 wurde er Mitglied der Pariser Akademie und hatte somit eine relativ sichere Stellung erworben. 1788 ehelichte er Marie-Charlotte de Courty de Romagnes mit der er zwei Kinder hatte.
1794 wurde er zum Professor für Mathematik an der Ecole Polytechnique berufen. Im selben Jahr wurde er Vorsitzender der Kommission für Maße und Gewichte.
1799 wurde er Minister des Inneren, danach Senator. 1812 erschien seine "Théorie analytique des probabilités" (Analytische Theorie der Wahrscheinlichkeiten).
Darin bereicherte er die Wahrscheinlichkeitsrechnung um wichtige analytische Hilfsmittel wie die Theorie der erzeugenden Funktionen und die Methode der rekurrenten Reihen. In dieser Zusammenfassung über das bisherige Wissen in der Wahrscheinlichkeitsrechnung waren auch das von Jakob Bernoulli entdeckte Gesetz der großen Zahlen oder auch die auf Legendre und Gauß zurückgehende Methode der kleinsten Quadrate zu finden, aber auch die Laplace-Transformation.
Im Gegensatz zu dem Mathematiker Lagrange war Laplace in weit höherem Maße Physiker, für den die Mathematik oft Mittel zum Zweck war. Zwear stellt die 1799 erschienene "Mécanique celeste" (Himmelmechanik) der äußeren Form nach ein mathematisches Werk dar, doch beinhaltet es im Grunde naturwissenschaftliche Fragestellungen. Sein Ziel bestand darin, jede Naturerscheinung mit den strengen Regeln der Analysis erklärbar zu machen.
1814 erschein sein "Essai philosophique sur les probabilités". 1814 wurde er zum Marquis und Pair von Paris ernannt.
Am 5. März 1827 starb Laplace in Paris.