Nejvýznamnějším Gouldovým příspěvkem k evoluční biologii byla teorie přerušované rovnováhy vyvinutá spolu s Nilesem Eldredgem v roce 1972. Teorie navrhuje, že většina evoluce je charakterizována dlouhými obdobími evoluční stability, zřídka přerušovanými rychlými obdobími rozvětvovací speciace. Teorie byla v kontrastu s fyletickým gradualismem, populární myšlenkou, že evoluční změna je charakterizována vzorcem plynulé a kontinuální změny ve fosilním záznamu.
Většina Gouldova empirického výzkumu byla založena na rodech suchozemských šneků Poecilozonites a Cerion. Významně také přispěl k evoluční vývojové biologii, za svou knihu Ontogeny a Phylogeny získal široké odborné uznání. V evoluční teorii se postavil proti přísnému selektivismu, sociobiologii aplikované na člověka a evoluční psychologii.
Široká veřejnost Goulda znala především díky jeho 300 populárním esejům v časopise Natural History a jeho četným knihám napsaným pro odborníka i neodborníka. V dubnu 2000 ho Americká knihovna Kongresu označila za „živoucí legendu“.
Gould začal své vysokoškolské vzdělání na Antioch College, kde v roce 1963 vystudoval obor geologie a filozofie.Během této doby také studoval na University of Leeds ve Velké Británii.Po absolvování postgraduální práce na Columbia University v roce 1967 pod vedením Normana Newella byl okamžitě najat na Harvard University, kde pracoval až do konce svého života (1967–2002). V roce 1973 ho Harvard povýšil na profesora geologie a kurátora paleontologie bezobratlých v instituci Museum of Comparative Zoology.
V roce 1982 mu Harvard udělil titul Alexander Agassiz profesor zoologie. V témže roce obdržel Zlatou desku Americké akademie úspěchů.V roce 1983 mu byla udělena stáž v Americké asociaci pro pokrok vědy, kde později působil jako prezident (1999–2001). Tisková zpráva AAAS citovala jeho „četné příspěvky jak k vědeckému pokroku, tak k veřejnému porozumění vědě.“ Působil také jako prezident Paleontologické společnosti (1985–1986) a Společnosti pro studium evoluce (1990–1991).
V roce 1989 byl Gould zvolen do orgánu Národní akademie věd. V letech 1996–2002 byl Gould Vincentem Astorem, hostujícím profesorem biologie na Newyorské univerzitě. V roce 2001 ho Americká humanistická asociace jmenovala Humanistou roku za celoživotní práci. V roce 2008 mu byla posmrtně udělena Darwinova-Wallaceova medaile spolu s dalšími 12 nositeli. (Do roku 2008 byla tato medaile udělována každých 50 let Linnean Society of London.