Newcomb hat sich aus bescheidenen Verhältnissen weitgehend als Autodidakt emporgearbeitet bis ihm 1857 als Gehilfen im Nautical Almanac Office an der Harvard University Gelegenheit geboten wurde zu systematischer wissenschaftlicher Arbeit. Er war reiner Theoretiker und hat als solcher grundlegende Untersuchungen über die Bewegung des Mondes und der Asteroiden angestellt und Tafeln der großen Planeten berechnet. Seine Diskussion der Messungen der Sonnenparallaxe und der Lichtgeschwindigkeit sowie der unerklärten Restglieder in der Störungstheorie der Planeten haben weltweite Beachtung gefunden. Daneben hat er sich um die Verbreitung astronomischen Wissens im weitesten Kreis große Verdienste erworben.

Seine "Popular Astronomy", 1878 erschienen, 1881 ins Deutsche übersetzt, galt jahrzehntelang als Standardwerk.