Vào năm 1996, sau 13 năm làm việc với Borland, trong lúc dòng sản phẩm Delphi đang trên đường thành công, Hejlsberg nhận lời mời của Bill Gates gia nhập Microsoft. Những năm đầu tại Microsoft, ông đã tham gia vào việc phát triển ngôn ngữ lập trình J++ và phát minh thư viện giao diện đồ họa Windows Foundation Classes (WFC), đồng thời giành được nhiều danh hiệu của Microsoft như Microsoft Distinguished Engineer và Technical Fellow.

Vào những năm cuối của thập niên 1990, Microsoft phải đối mặt với nhiều sản phẩm có năng suất lập trình rất cao như Java của SUN và Delphi của Borland, trong khi đó, công nghệ COM+ và Visual Basic của Microsoft không đủ tính cạnh tranh, hơn nữa VJ++ vừa ra đời lại gặp rắc rối về pháp lý với Java của SUN. Hejlsberg đã thiên về phe 'cách mạng' trong Microsoft, ủng hộ việc sáng tạo một ngôn ngữ lập trình và một bộ thư viện lập trình hoàn toàn mới đó là ngôn ngữ C# và.Net Framework. Kể từ đó, Hejlsberg đã trở thành kiến trúc sư trưởng của C#, một thành viên chính của.Net Framework.

Hiện tại, Hejlsberg đang làm việc tại Microsoft trong dự án C# và.Net Framework.