Pierwsza praca Heweliusza - Selenographia (1647), najwybitniejsze podówczas dzieło o topografii Księżyca, zawierała opis powierzchni Księżyca z mapami. Wielu obiektom na powierzchni Księżyca Heweliusz nadał nazwy, które utrzymały się do dziś.

Wyniki swoich obserwacji teleskopowych Księżyca Heweliusz rozsyłał przyjaciołom w postaci miedziorytów. Astronom francuski Piotr Gassendi otrzymawszy takie ilustracje zrezygnował nawet z podobnego opracowania.  Heweliusz zachęcony przez Gassendiego zabrał się do pracy jeszcze z większym zapałem. Wynikiem kilkuletnich intensywnych obserwacji astronomicznych stała się właśnie Selenographia sive Lunae descriptio. Dzieło to astronom zadedykował swemu rodzinnemu miastu - Gdańskowi.

Selenographia liczyła 563 stron, 110 rysunków, w tym 40 rysunków Księżyca w różnych fazach i trzy mapy. Przewyższało ono pod względem naukowym wszystkie inne publikacje, nawet 150 lat później. Selenographia była w całości dziełem Heweliusza, który sam wykonał potrzebne instrumenty do obserwacji, sam obserwacje przeprowadzał i opisał. Sam również wykonał ilustracje. Mimo tytułu wskazującego Księżyc, Selenographia zawierała pełny obraz dorobku naukowego Jana Heweliusza do czasu wydania dzieła, czyli do 1647 roku. Dwa pierwsze rozdziały poświęcone są sposobom szlifowania soczewek i konstruowania lunet. Następne rozdziały poświęcone były obserwacji Drogi Mlecznej, planet i Słońca.

Drugie duże dzieło Heweliusza to Cometographia (1668), z 406 rysunkami, zawierająca opis i historię wielu komet. Sam Heweliusz odkrył 9 komet. Ważne było stwierdzenie Heweliusza, że niektóre komety biegną po orbitach parabolicznych.

W monumentalnym dziele Machinae Coelestis pars prior (Budowa nieba część pierwsza) opublikowanym w roku 1673, Heweliusz opisał instrumenty astronomiczne swego bogato wyposażonego obserwatorium, swoją biografię, historię astronomii oraz pochwałę astronomii jako nauki. Niezwykle piękne ryciny sztychował Izaak Saala, a dzieło zadedykowane zostało również Ludwikowi XIV.

W Machinae Coelestis opisany jest największy instrument Heweliusza - luneta o długości 46 m, zawieszona na słupie o wysokości 30 m. Luneta nie miała pełnego tubusa lecz konstrukcję ażurową. Ustawiono ją na łące przed bramą Oliwską. Sprawiała imponujące wrażenie, lecz Heweliusz rzadko się nią posługiwał, ponieważ była bardzo niewygodna w obsłudze. Warto też zwrócić uwagę na wielki kwadrant azymutalny, duży, pięknie zdobiony instrument opisany w tym samym dziele. Promień kwadrantu wynosił 1.5 m, zaś promień koła azymutalnego 0.5 m. Budowano go długo: zaczęto w roku 1618 - dla Piotra Krügera, nauczyciela Jana Heweliusza, a dokończył budowę sam Heweliusz w roku 1644. Poza klasycznymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi zastosował w nim śrubę mikrometryczną, co znacznie zwiększyło dokładność pomiarów.

Druga część Machinae Coelestis pars posterior wydana w 1679 roku i dedykowana królowi Janowi III Sobieskiemu, zawierała obserwacje Heweliusza.

Ostatnia praca Prodromus Astronomiae została wydana już po śmierci Heweliusza w roku 1690. Jej część drugą stanowił Catalogus stellarum fixarum (Katalog gwiazd stałych) zawierający pozycje około 1900 gwiazd, w tym około 1600 obserwowanych przez Heweliusza, a trzecią Firmamentum Sobiescianum (Nieboskłon Sobieskiego), czyli piękny atlas nieba. Ryciny gwiazdozbiorów z tego atlasu są powszechnie rozpoznawalne i ozdabiają wiele współczesnych wydawnictw poświęconych historii astronomii.

Heweliusz był utalentowanym obserwatorem. W 1652 (dwa lata przed Ch. Huygensem) zastosował wahadło do odmierzania czasu. Wynalazł również śrubę mikrometryczną. W latach 1648-1682 wykonywał pomiary deklinacji magnetycznej i odkrył jej zmiany. Obserwatorium, które w 1640 założył w Gdańsku na dachu swego domu, zostało spalone w 1679. Trzy lata później częściowo je odbudowano. Po śmierci Heweliusza w 1687 przestało istnieć.