1904年，戈達德考入伍斯特理工學院。由於在物理課中得到啟示，他在一篇《1950年的旅遊》的命題作文中，描述了一條從波士頓到紐約的鋼製真空管道，用磁懸浮列車隻需10分鍾就可走完這趟320千米的路程。後來，這個妙想成為科學家們接受的科學概念。1908年，戈達德進入克拉克大學攻讀物理學碩士，開始轉向利用火箭推力實現宇宙航行的研究工作。這在當時是一個被認為沒有前途的方向。戈達德在諾貝爾獎獲得者米切爾森和著名物理學家韋伯斯特的指導下，研究噴氣發動機固體燃料和液體燃料的熱離子光磁原理，對比了固體和液體火箭的能量和效率。1909年，他在筆記中指出：“隻有用液體燃料才能提供宇宙航行所需要的能量。”但他提出的液氧和液氫燃料當時還不能生產出來，不過他揭示了液體燃料作為火箭推進的發展前景。1910年和1911年，他先後獲得碩士和博士學位，這為他的研究工作奠定了堅實的學識基礎。
1912年，戈達德成為普林斯頓大學帕爾默物理實驗室的研究員，致力於研究能測量高頻振蕩的真空管，並開始火箭推進原理的理論計算工作。這時由於工作的緊張和勞累，他患了嚴重的肺結核病；但他並不灰心氣餒，仍然帶病堅持研究，不離開自己的事業。戈達德在給一位友人的信中說：“生命如此之短暫，而世上又有那麼多事需要我們去做，這是一件令人著急的事。我們應當冒點風險，去做那些我們力所能及的工作。”戈達德病愈以後回到克拉克大學兼任物理學講師，並投入到火箭的研究工作中。經過10年的刻苦鑽研，他於1919年發表了一篇奠基性的論文《到達極大高度的方法》，論述了火箭運動的數學原理和計算方法，提出了火箭用發光鎂粉作為到達月球的信號的登月方案。這一科學設想卻不為一些人理解，引起新聞界的譏笑和嘲諷；也有很多人表示讚賞和支持。孰料這使戈達德與“月球火箭”結下了不解之緣。1920年，他又寫出了《關於進一步發展太空探測火箭的報告》，進一步提出了利用液氫作火箭燃料的新設想。此後，他於1921年完成液氫-液氧燃燒室和泵的設計，1922年完成液體燃料研究和試驗。與此同時，戈達德在馬薩諸塞州奧本郊區的沃德農場建立起一個火箭試驗場，開始對火箭做靜態試驗；在試驗過程中，他在技術和工程上遇到許多困難，特別令他傷心的是從1923年起連續3次試驗都因點火爆炸而燒毀了液氧管路。盡管試驗十分不順利，但也未能阻擋他的信念和熱情。1924年，他與基斯克小姐結婚。基斯克成為戈達德火箭研究小組的一位重要成員，一直協助戈達德的研究工作。
經過不斷改進，1925年底在克拉克大學實驗室進行火箭靜態試驗後，戈達德獲得了供飛行試驗的液體火箭樣機。1926年3月16日，在冰雪覆蓋的沃德農場，世界上第一枚使用液氧和煤油的液體火箭進行飛行試驗獲得成功。戈達德不禁興奮地喊起來：“這一下我可創造了曆史!”他在試驗報告上記錄了試驗過程：火箭高304米，由一台06米長的液體發動機和兩個燃料貯箱組成，豎在簡陋的發射架上。試驗在下午2點30分進行，飛行25秒後，火箭上升高度達12米，飛行距離56米，落點在農場菜園。戈達德的妻子基斯克拍攝了發射前的現場照片。這張簡潔清晰的照片見證了戈達德在火箭技術領域邁出的曆史性一步。
從此，火箭技術的發展揭開了新的一頁。1927年7月17日，戈達德又研製發射了第一枚氣象火箭，箭上帶有氣壓表、溫度計及照相機，並用降落傘回收。此後，他的研究工作得到美國第一位駕機橫越大西洋的飛行員林白的理解和支持。林白為他爭取到慈善家丹尼爾·古根海姆提供的經費資助，從而使他能夠繼續擴展火箭的研究領域，在克拉克大學實驗室添置了新的車床和試驗設備，並在新墨西哥州的羅斯韋爾草原上建起一座新的火箭試驗場。1930年12月30日早晨，一枚長33米的液體火箭以805千米每小時的速度升空，高度達609米，試驗成功。1932年又試飛一枚火箭，進一步解決了用陀螺儀控製火箭姿態等問題。這樣，他於同年5月寫出羅斯韋爾試驗火箭報告，得到古根海姆基金會的肯定評價，並決定繼續資助他的火箭事業。但由於美國經濟蕭條的影響，資助難以到位，戈達德的實驗不得不暫時中止。他懷著悲傷的心情離開了苦心經營的車間和試驗場，回到克拉克大學繼續教學生涯。
但是，戈達德在教學之餘，仍然鍾情於他未完的火箭研製工作。他不灰心喪氣，以頑強的毅力探求新的技術途徑和新的技術方案，完善他的火箭設計思想。後來他又在林白的幫助下，繼續得到古根海姆基金會的資助，於1934年9月13日同他的一些助手回到羅斯韋爾，專心致誌地推進他的火箭實驗工作。從1935年到1941年的6年時間裏，戈達德研製出了4種係列液體火箭。其中A係列火箭采用陀螺控製燃氣艙和降落傘回收方案，進行14次飛行試驗，7次獲得成功；K係列火箭采用新的燃燒室，在試驗台上10次試車，很少發生變形或事故，取得令人滿意的試驗結果；L係列火箭分3組共進行21次靜態試驗和15次飛行試驗，驗證了發動機的性能和降落傘回收係統；P係列火箭改進了燃料泵，推力達到39千牛，成功地發射兩次，這種火箭長，67米，直徑457厘米，飛行速度24千米每小時，最高飛行高度914米。
在第二次世界大戰開始後，戈達德的火箭實驗受到衝擊和影響。美國軍方要求戈達德放棄液體火箭的研究，而希望很快得到固體燃料的火箭武器。這有悖於戈達德已經確立的研究方向，他不願再回到第一次大戰時期曾經研究過的固體燃料火箭，因此他的研究幾乎無立錐之地。1942年他僅為海軍和陸軍研製了一種使用液體燃料的噴氣式助推火箭，1943年又為海軍改進一種小型火箭發動機。美國工業界逐步認識到這位從荒漠中走出來的“月球火箭人”的才能和價值，遂聘請他為研製火箭出力獻策。特別是後來人們弄清了德國V-2火箭結構的細節後，才感到它同戈達德實驗室的火箭多麼相似，簡直如出一轍，不禁十分驚訝。但遺憾的是，戈達德未能看到他畢生追求的那種達到極大高度的火箭從試驗場上空升起，於1945年8月10日被喉癌奪去了生命。
戈達德一生獲得了218項專利，幾乎涉及液體火箭技術的各個主要領域，開創了液體火箭研製的先河，被譽為美國“火箭之父”。1959午，著名火箭專家布勞恩在戈達德的紀念會上致詞說：“戈達德是少年英雄仰慕的對象，我在幼年時代就崇拜他對科學的貢獻，他的先驅火箭研究工作極為重要。他和其他科學家一樣，曆盡艱辛困難，甘冒危險從事火箭研究和試驗，以非凡的能力不屈不撓地驗證他的理論，使火箭變為現實。”這個評價概括了戈達德一生的卓越貢獻。