Goodyear begann seine Karriere als Partner im Hardware-Geschäft seines Vaters, das 1830 in Konkurs ging. Er interessierte sich dann für die Entdeckung einer Methode zur Behandlung von Naturkautschuk, damit dieser seine Haftfähigkeit und Anfälligkeit für extreme Hitze und Kälte verliert. Er entwickelte eine Salpetersäurebehandlung und beauftragte 1837 die US-Regierung mit der Herstellung von Postsäcken, aber das Gummigewebe erwies sich bei hohen Temperaturen als nutzlos.

Für die nächsten Jahre arbeitete er mit Nathaniel M., Hayward (1808-65), ein ehemaliger Angestellter einer Gummifabrik in Roxbury, Mass., die entdeckt hatten, dass mit Schwefel behandelter Gummi nicht klebrig war. Goodyear kaufte Haywards Prozess. 1839 ließ er versehentlich etwas mit Schwefel vermischtes Naturkautschuk auf einen heißen Ofen fallen und entdeckte so die Vulkanisation. Er erhielt 1844 sein erstes Patent, musste aber zahlreiche Verstöße vor Gericht bekämpfen; Der entscheidende Sieg kam erst 1852., In diesem Jahr ging er nach England, wo Artikel, die unter seinen Patenten hergestellt wurden, auf der Internationalen Ausstellung von 1851 ausgestellt wurden; während er dort erfolglos versuchte, Fabriken zu errichten. Er verlor auch seine Patentrechte dort und in Frankreich wegen technischer und rechtlicher Probleme. In Frankreich scheiterte eine Firma, die vulkanisierten Kautschuk nach seinem Verfahren herstellte, und im Dezember 1855 wurde Goodyear wegen Schulden in Paris inhaftiert. In den Vereinigten Staaten wurden seine Patente weiterhin verletzt. Obwohl seine Erfindung Millionen für andere machte, hinterließ er bei seinem Tod Schulden von etwa 200.000 US-Dollar., Er schrieb einen Bericht über seine Entdeckung mit dem Titel Gum-Elastic and Its Varieties (2 vol.; 1853–55).