18岁时，高斯在费迪南公爵的推荐下进入了哥廷根大学。这所大学的办学方式追随英国牛津大学、剑桥大学，奖金充裕。高斯对它格外倾心的原因还有两个，一是这里有极丰富的藏书，二是它注重改革，侧重科学的好名声。
数学和语言等几科学问都是高斯所钟爱的，究竟把哪种学问作为自己终生研究的职业，高斯久久拿不定主意。1796年3月30日，19岁的高斯用直尺和圆规作出了正十七边形，自欧几里得时代起就困扰着历代数学家的尺规作图这一难题，两干多年后被高斯这个青年学生解决了，这一成果震动了数学界。这一成果最终决定了他走数学之路而非文学之路，高斯真正认识了自己的能力之所在。从1796年至1801年是高斯学术创作的最旺盛的阶段，他提出的定理、证明、概念、假设和理论每年平均25项之多，一颗璀璨的数学新星冉冉升起。
1807年，高斯被他的母校哥廷根大学聘为常任数学教授和天文台台长。天文台台长这个职务比一个通常的大学职位更适合于高斯，他是一个寡言的人，缜密思考是他的强项，他对教学的兴趣可不大，而天文台的工作可以激发他对应用数学和天文学的极大兴趣。在这个职位上他一直工作到1855年2月23日逝世之前。
高斯几乎对数学的所有领域都做出了重大贡献，是许多数学学科的开创者和奠基人。数学家评论说：“在数学世界里，高斯处处留芳。”在代数学方面，他第一个证明了任何一个复系数的单变量的代数方程都至少有一个复数根。这一定理被称为代数基本定理。他还严谨地证明了任何复系数单变量n次方程有n个复数根。这两个定理的证明奠定了代数方程的理论基础。
在数论方面，高斯在18世纪末完成了他的传世之作《算术研究》，其中的论等分圆周问题是这部专著的精华部分。这部著作给数论的研究开创了一个新纪元，是现代数论的基础。高斯非常偏爱数论，他曾经说过：“数学是科学之王，数论是数学之王。”以后的100
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