1809 wurde er im Alter von 22 Jahren Leiter der Glasherstellung am Utzschneider-Institut.
1814 erfand er das Spektroskop, ein optisches Gerät, mit dem Licht in sein Spektrum zerlegt wird
und visuell untersucht werden kann.
Sein Wissen auf dem Gebiet der Beugung von Licht an optischen Gittern nutzte Fraunhofer zur Messung
der Materialeigenschaften optischer Gläser (Stichwort: Brechungsindex).
1819 zog Fraunhofer mit dem Utzschneider Institut nach München um.
1823 wurde er in die Bayerische Akademie der Wissenschaften aufgenommen und dort Professor des physikalischen Kabinetts.
1824 wurde er als Ritter des bayerischen Civilverdienstordens in den Adelsstand erhoben.
Im selben Jahr vollendete Fraunhofer ein Fernrohr mit einer für diese Zeit sensationellen Öffnung von 244 mm
und einer Brennweite von 4,33 m für den Refraktor der Sternwarte Dorpat und wurde er zum Ehrenbürger
der Stadt München ernannt.
1826 starb Fraunhofer an Lungentuberkulose. Er wurde auf dem Alten Münchner Südfriedhof im Glockenbachviertel beerdigt.