1958在劍橋大學，彭羅斯在著名的代數和幾何學家約翰·a·托德的指導下獲得了博士學位。他的博士論文題為代數幾何中的張量方法。1965年在劍橋大學，彭羅斯和物理學家斯蒂芬·霍金證明了奇點(如黑洞)可以從毀滅中的巨型天體的引力坍縮中形成。(弗格森，1991: 66)。
1967年，彭羅斯發明了撓率理論，將閔可夫斯基空間中的幾何對象映射到壹個4維的復空間，這個空間的度量標為(2，2)。1969年，他推導出宇宙審查假說。這個提議(相當非正式地)指出，宇宙阻止我們理解奇點(比如黑洞)固有的不可預測性，以至於它們隱藏在我們的視線之外。這種形式現在被稱為弱審查原則；在1979中，彭羅斯構建了壹個更強的形式，稱為強審查原則。加上BKL猜想和非線性穩定性問題，審查猜想成為廣義相對論中最重要的未解決問題之壹。
羅傑·彭羅斯(Roger penrose)因在1974年發現彭羅斯砌磚法而聞名於世，這種砌磚法可以用兩種磚不定期鋪開整個平面。在1984中，在晶體狀的原子排列中發現了類似的特征。也許他最重要的貢獻是在1971年發明了自旋網絡，後來成為圈量子引力理論中時空幾何的基礎。他在推廣通常被稱為彭羅斯圖的因果圖方面很有影響力。
2004年，彭羅斯出版了《通往現實之路:宇宙定律完全指南》，這是壹本1，099頁的書，旨在對物理定律給予詳細的指導。
彭羅斯證明，在大質量天體坍縮成黑洞的過程中，壹定存在壹個點，在這個點之後，所有坍縮的物質都不再有路徑。用幾何語言來說，這就是幾何奇點。在壹般人看來，這就是毀滅點，因為越接近這個點，重力產生的拉力就越大，最終會毀滅。從物理學的角度來看，在這壹點上，所有的物理定律都不再適用。霍金後來和彭羅斯壹起把奇點的存在證明推廣到更壹般的情況，包括早期宇宙。
奇點的存在性壹直是物理學中的壹個難題。幸運的是，我們這些身處黑洞之外的人不用擔心，因為我們看不到它們，它們總是被所謂的視界所包圍。地平線很像我們在海面上看到的壹個圓圈，也就是地平線。在這個圓圈之外，我們什麽也看不見。1969年，彭羅斯提出了著名的宇宙審查原理，保證了時空中的任何奇點都會被視界包圍。直到今天，這個推測仍然是引力理論中的壹個難題。