Ông có nhiều bài báo nghiên cứu về lĩnh vực thiên văn quan sát.[1] Max Wolf cùng với Edward Barnard đã lập bản đồ và phân loại khoảng 1000 sao thông qua quan trắc chuyển động riêng của chúng.[3] Ông phát hiện ra sao lùn đỏ Wolf 359, một trong những ngôi sao gần Hệ Mặt Trời. Những ngôi sao này có ý nghĩa vì chúng chuyển động riêng lớn và mờ, lại nằm gần Mặt Trời, giống như sao Barnard, mà cho tới thời điểm đó đa số các nhà thiên văn nghĩ rằng vũ trụ chỉ có những ngôi sao sáng và ở xa.[3] Ông tiếp tục lập bản đồ sao và cho tới khi qua đời đã hoàn thiện được danh mục khoảng 1500 sao.[4]

Ông là người đầu tiên làm sáng tỏ bản chất của tinh vân tối, mà William Herschel trước đây từng gọi là "những cái hố trên bầu trời". Cùng với Barnard, hai ông đã cẩn thận quan sát và chứng minh rằng đây là những đám mây bụi và cản trở ánh sáng.[5]

Max Wolf cũng phát hiện ra bốn siêu tân tinh, SN 1895A (VW Vir), SN 1909A (SS UMa), SN 1920A, và cùng với Reinmuth, SN 1926A; cũng như thực hiện quan sát sự trở lại của sao chổi Halley vào năm 1910.[5]

Ông đã phát hiện ra hơn 200 tiểu hành tinh thuộc vành đai tiểu hành tinh.[5]