Viens no ievērojamākajiem viņa darbiem ir viņa enciklopēdiskais astronomijas datu apkopjums ar nosaukumu Almagest. Tajā ir apkopotas sengrieķu zināšanas astronomijā un klasificētas 1022 zvaigznes. Ptolemajs atbalstīja ģeocentrisma ideju, tas ir, ka Visuma centrā atrodas Zeme un pārējie debess ķermeņi riņķo ap to. Šajā jautājumā viņš izstrādāja tā saukto Ptolemaja sistēmu, kas bija oficiālā dogma Rietumu zinātnē līdz pat 19. gadsimtam, kad 1851. gadā ar Fuko svārsta palīdzību tika pierādīta Zemes rotācija ap savu asi un tika apgāzta ideja, ka Zeme ir Visuma centrā.
Ptolemajs publicēja arī vairākas grāmatas, kurās bija iekļauti jauni ģeometrisko uzdevumu pierādījumi un teorēmas. Viņš izveidoja arī kalendāru, kurā bija iekļautas norādes par laikapstākļiem un par zvaigžņu parādīšanos un norietēšanu. Ptolemajs uzrakstīja arī piecas grāmatas par optiskajām parādībām un trīs grāmatas par mūziku. Ģeogrāfu aprindās Ptolemajs ir ievērojams ar astoņu sējumu darbu "Geographia". Tas ir atzīts par otro viņa ievērojamāko darbu aiz Almagest. Šajā darbā ir sniegta informācija par karšu veidošanu un uzskaitītas ievērojamas Eiropas, Āzijas un Āfrikas vietas pēc to ģeogrāfiskā platuma un garuma. Neraugoties uz daudzām neprecizitātēm, daudzi ģeogrāfi un karšu veidotāji turpmāk vadījās pēc Ptolemaja izveidotajām kartēm.
