Gemeinsam mit dem Astronomen Georg von Peuerbach beobachtete er sorgsam den Himmel. Beide stellten große Abweichungen zum in alten Tafelwerken berechneten Lauf der Planeten fest. Regiomontanus entwickelte bessere Winkelmessgeräte, um die Positionen am Firmament noch genauer bestimmen zu können – Teleskope gab es damals noch nicht.

Er berechnete die damals genauesten Mond- und Planetentafeln, die unter anderem Christoph Columbus und Amerigo Vespucci als Navigationshilfe bei ihren Expeditionen dienten. Regiomontanus übersetzte eine griechische Handschrift des Almagest ins Lateinische und ergänzte sie um kritische Anmerkungen und neuere Beobachtungen. Der Almagest war das Hauptwerk des Ptolemaeus und galt anderthalb Jahrtausende als Grundpfeiler der Astronomie.

Auch Nikolaus Kopernikus nutzte eine Almagest-Ausgabe von Regiomontanus und wurde vermutlich durch sie zu seinen revolutionären Gedanken über den Aufbau der Welt angeregt.

Regiomontanus beschäftigte sich im Auftrag des Papstes auch mit einer Reform des alten Julianischen Kalenders, dessen Schaltregel zu ungenau war. Diese Kalenderarbeit konnte er aber nicht vollenden. Er starb 1476 bei einer Pestepidemie in Rom im Alter von nur 40 Jahren.