W 1992 stanął na czele stworzonego przez siebie i funkcjonującego od tego czasu projektu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). W latach 1995–1996 brał udział w budowie Teleskopu Warszawskiego w Obserwatorium Las Campanas w Chile. W 2001 samodzielnie zbudował szerokokątną kamerę mozaikową matrycę CCD, zawierającą ponad 65 milionów elementów światłoczułych. Wraz z grupą OGLE jest także współodkrywcą 30 planet pozasłonecznych wykrytych za pomocą techniki mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Kierował zespołem naukowców, który dokonał odkrycia obiektów transneptunowych (471143) Dziewanna i (471165) 2010 HE79 oraz planety pozasłonecznej OGLE-2005-BLG-390L b.
Jest autorem i współautorem ponad 400 prac naukowych. Objął funkcję redaktora naczelnego kwartalnika „Acta Astronomica”. Został członkiem korespondentem, a następnie członkiem rzeczywistym Polskiej Akademii Nauk, a także członkiem korespondentem Polskiej Akademii Umiejętności. W 2012 został członkiem zagranicznym amerykańskiej National Academy of Sciences, a w 2023 członkiem Akademii Kopernikańskiej