Sein Doktorat erlangt er im Jahre 1879 woraufhin er 2 Jahre später zum Ordinarius für mathematische Physik an die Sorbonne in Paris berufen wurde und diese Stelle bis zu seinem Tod auch behielt.
Sein Werk zeichnet sich durch hohe Originalität aus. Er gilt als der Begründer der algebraischen Topologie, der Funktionentheorie in mehreren komplexen Variablen. Er entwickelte außerdem die Theorie der automorphen Funktionen, die er gewinnbringend bei der Lösung von linearen Differnentialgleichungen 2. Ordnung mit algebraischen Koeffizienten einsetzte. Weitere Beschäftigungsfelder der reinen Mathematik waren die algebraische Geometrie und die Zahlentheorie, wo er zahlreiche Publikationen zum Themenbereich der diophantischen Gleichungen verfaßte. Auch in der angewandten Mathematik profitierte man von Poincare´s Ideenreichtum. Seine Beiträge reichen von Optik bis Elekrizität, von Qunatentheorie bis Potentialtheorie, von Thermodynamik bis spezieller Relativitätstheorie, in der er mit Albert Einstein und Hendrik Lorentz als einer der Mitbegründer gilt.
Viel Aufmerksamkeit schenkte er in der Mechanik dem 3-Körper-Problem, er brachte viele neue Ergebnisse ein und stellte auch schon erbrachte Beweise von Lagrange und Laplace in Frage.
Poincare war übrigens auch der Erste der das Prinzip von Chaos in deterministischen Systemen in Betracht zog, seiner Arbeit wurde aber wenig Aufmerksamkeit gezollt, erst als es im Jahre 1963 zu einer systematischen Behandlung von chaotisch-dynamischen Verhalten kam, wurden seine Arbeiten wiederentdeckt und bewundert.
Ganz nebenbei verfaßte er auch mehrere populärwissenschaftliche Bücher und Arbeiten, z. B. "Science and Method", "The Value of Science". Anhand dieses Querschnitts durch das Schaffen von Poincare versteht man vielleicht, warum er oft als der "letzte Universalist in der Mathematik" bezeichnet wird.
Henri Poincare starb am 17. Juli 1912 in Paris.