A hőmérsékleti skála névadója

Mindkét nagyapja és apja is az uppsalai egyetem professzora volt. Ő is ott ta­­nult, és örökükbe lépve maga is a csillagászat professzora lett. 1730-tól végiglátogatta az összes fontosabb európai csillagvizsgálót, hazatérve, 1741-ben ő építtette meg az uppsalai obszervatóriumot. 
1736-ban részt vett abban az expedícióban, amely Lappföldön, a sarkkör közelében megmérte a délkör egy darabját. Ugyanekkor Peruban, az Egyenlítő közelében is végrehajtották ezt a műveletet, s az eredmények összehasonlítása igazolta Newton elméletét, amely szerint a Föld ellipszoid alakú, s a sarkok tájékán valamivel lapultabb. 
Szorgalmazta, hogy a Julianus-naptár helyett Svédországban is a Gergely-naptárt vezessék be, de erre már csak a halála után került sor: Svédország és Finnország 1753. március 1-jén kezdte használni a reformált naptárat. 
Foglalkozott a Nap és a Föld távolságának meghatározásával, emellett fizikai és geofizikai kutatásokat is végzett. A Botteni-öböl úgynevezett fókaköveit vizsgálva megállapította, hogy a svéd partvidék fokozatosan emelkedik (évi 1,5 centimétert), és emiatt javasolta, hogy húszévente térképezzék újra a hajózási útvonalakat. Nem jött rá, hogy ennek oka a legutóbbi jégkorszak idején felhalmozódott jégtakaró leolvadása, hanem a vízszint csökkenését a tengervíz párolgásának tulajdonította. 
Kiadott egy csillagászati katalógust 300 csillag fényességének adataival. Ő volt az első, aki ezt nemcsak szubjektív becsléssel, hanem valós mérések alapján tudta megadni. Ehhez kormozott üveglapokat használt, és aszerint állapította meg a csillag fényességét, hány üveglapot kellett egymásra fektetnie ahhoz, hogy az már ne látsszon. A mérés pontossága kb. 0,4 magnitúdó volt. Tanulmányozta az északi fényt is. Észrevette, hogy a mágneses elhajlás szélsőségei, amelyek az iránytű elmozdulását is okozzák, egybeesnek a sarki fények aktivitásának a maximumával. 1733-ban a sarki fény kutatásai alapján 316 megfigyelés adatait tartalmazó gyűjteményt adott ki. 
1737-ben tervezte meg meteorológiai méréseihez a ma is használatos, százas beosztású hőmérsékleti skálát, amit 1742-ben mutatott be a Svéd Akadémiának. Ezen a 0 még a víz forrpontja volt, és a 100 volt a fagypont; a skálát 1750-ben fordította meg Mårten Strömer svéd tudós, Celsius utódja. Egyes források szerint a mai skálát már korábban, Celsius halála körül is fordítva használták: az ún. „lyoni hőmérő”, amelyet Jean-Pierre Christin 1743-ban talált ki, már a francia forradalom előtt ismert volt. Más források pedig azt állítják,hogy a skálát Celsius barátja, a botanikus Carl von Linné fordította meg 1744-ben.