In 1961, zong Wonder zijn eigen compositie , "Lonely Boy" voor Smokey Robinson van The Miracles. Dit leverde Wonder een contract op bij Motown en hij werd begeleid door Clarence Paul.Wonder's eerste album, The Jazz Soul of Little Stevie, werd uitgebracht door Motown Records in 1962 toen Wonder 12 jaar oud was. Dit album was bedoeld om Stevie's instrumentale talenten te laten zien en bevatte twee composities die Wonder en Paul samen schreven - Session Number 112 en Wondering. Later dat jaar bracht hij zijn tweede album Tribute to Uncle Ray uit, voornamelijk covers van Ray Charles' songs waaronder een nieuw nummer, Sunset. Deze twee albums werden uitgebracht in omgekeerde volgorde van opname en faalden om erkenning te krijgen.Clarence, die voelde dat er een nummer aan zat te komen zette Mother Thank You op voor release als single, die werd teruggetrokken en vervangen door I Call It Pretty Music But The Old People Call It The Blues. Het nummer brak bijna door in de Billboard Hot 100, kwam binnen op 101 voordat het uit het zicht verdween. De opvolgers Little Water Boy en Contract on Love hadden geen succes, ondanks het feit dat de laatste op het Uptight album verscheen. Zijn eerste live album Recorded Live: The 12 Year Old Genius bereikte nummer één in de Billboard 200 en bevatte de live tweedelige single Fingertips, Hiermee werd hij de jongste muzikant ooit met een nummer één album in de Verenigde Staten en de jongste artiest ooit die bovenaan de hitlijst stond.
Zijn volgende singles waren geen succes; zijn stem veranderde naarmate hij ouder werd en Motown overwoog zijn contract op te zeggen. Om hem te redden werd in 1965 een nieuwe single "Up-Tight" opgenomen, samen met Wonder geschreven. Naar verluidt was de single gebaseerd op een ritme dat hij had geneuried en tijdens de opname werden de teksten teruggezongen naar Wonder omdat ze niet beschikbaar waren in braille en dat hij "nooit een slag miste". De single werd nummer 1 en een album werd het jaar daarop in allerijl geproduceerd om het succes te ondersteunen. Hiermee vestigde Wonder zich als een echte Motown hitmaker. Sindsdien gebruikt hij een Hohner clavinet.
In 1971 bracht Wonder het album Where I'm Coming From uit, een album waarvan hij verwachtte dat het zou laten zien wat er mis ging met de wereld (het bevatte de single "If You Really Love Me". Rond dezelfde tijd bracht zijn labelgenoot, Marvin Gaye een soortgelijk album uit, What's Going On, dat drie singles opleverde. De albums werden vergeleken met die van Marvin, die als succesvol werd beschouwd, terwijl die van Wonder werd gezien als "zelfingenomen, onopvallend, pretentieus" en over het algemeen een gebrek aan eenheid en flow. Omdat Wonder een onafhankelijker artiest wilde worden, liet hij zijn oude Motown contract aflopen.
Wonder verhuisde naar een nieuwe studio en kreeg les in synthesizer engineering. Hij ontmoette toen Malcolm Cecil en Robert Margouleff die hem introduceerden bij een elektrisch orkest dat bekend stond als TONTO (The Original New Timbral Orchestra) Rond de tijd dat het het jaar daarvoor uitkwam, trok het veel aandacht. Op 3 maart 1972 bracht Wonder een nieuw album uit onder de naam Music of My Mind, waarop alle nummers thematisch in elkaar overliepen. Het album bracht de singles Superwoman en Keep On Running voort. Het album was een succes en critici vonden het representatief voor zijn artistieke groei. Hoewel hij los stond van Motown, zou hij zijn albums nog steeds indienen bij zijn oude platenmaatschappij, Tamla. Cecil en Margouleff hielpen hem bij het engineeren van de TONTO synthesizer en werden daarom genoemd als geassocieerde producers. Dit begon Wonder's klassieke periode en markeerde een lange samenwerking met TONTO's Expanding Head Band.
De albums die volgden waren Talking Book en Innervisions, de laatste won album van het jaar in 1973. Wonder won zijn eerste vier Grammy Awards in 1973. Twee van de prijzen waren voor zijn single "Superstition" van Talking Book. In 1974 kwam Wonder's zeventiende album Fulfillingess' First Finale uit, waarmee hij ook album van het jaar werd. Het bevatte twee nummer één singles, "Boogie on Reggae Woman", en "You Haven't Done Nothin", een hit die kritiek lanceerde tegen The Nixon Federation - grappig genoeg, 2 dagen later, trad Richard Nixon af. Wonder won nog eens vier Grammy's voor het album dat jaar. Het was Wonder's tweede nummer één album. Wonder's volgende album Songs in the Key of Life bereikte ook de eerste plaats. Dit was Wonder's meest kritisch bejubelde album en de Library of Congress noemde het cultureel, historisch of esthetisch belangrijk. Het bracht vijf singles voort , Sir Duke, een lied dat de geneugten van muziek uitlegt, I Wish wishing for childhood days to come back Als een ballade van liefde die zal duren tot The Impossible happens, Another Star een snelle Cubaanse stijl heartbreak ballade die te zien was op BBC's promotie video voor het WK 2014 en Isn't She Lovely een lied geïnspireerd door de geboorte van Wonder's dochter, Aisha Morris.(Wonder wilde het niet als single uitbrengen, hoewel een Motown leidinggevende hem dat had opgedragen). De eerstgenoemde twee nummers bereikten nummer 1 in de Billboard charts.
In 1979 bracht hij een soundtrack album uit, Journey Through The Secret Life Of Plants voor een documentaire The Secret Life Of Plants. Het album maakte vrijwel overal gebruik van een computer melodie. Het album bevatte de No.1 ballad Send One Your Love. Het album werd raar goofy nerdy en dwaas genoemd. Wonder verweet Motown het album niet goed te promoten. In 1980 bracht Wonder Hotter Than July uit met daarop I Ain't Gonna stand For It, een country-achtig nummer over een man wiens eigendom herhaaldelijk is geschonden, Master Blaster (Jammin'), een reggae tune opgedragen aan Bob Marley, "Lately", een ballad en "Happy Birthday", een nummer ter nagedachtenis aan Martin Luther King Jr gebruikt voor Wonder's campagne om van Luther's verjaardag een nationale feestdag te maken. Zijn volgende was een greatest hits album getiteld Original Musiquarium I met 4 nieuwe singles That Girl, Do I Do, Front Line en Ribbon in The Sky. In 1983 leverde Wonder een bijdrage met Stay Gold aan het drama The Outsiders. Hij plande toen een album dat getiteld People Work, Human Play zou worden. Het album is er nooit gekomen en in plaats daarvan verscheen in 1984 zijn volgende soundtrack album The Woman in Red. Het bracht de hitsingle "I Just Called to Say I Love You" voort, die nummer één bereikte in alle landen met hitlijsten op dat moment, en daarmee zijn best verkochte plaat werd. Het was Wonder's enige nummer één in het Verenigd Koninkrijk. Het stond daar zes weken op nummer één. In 1985 bracht Wonder het digitale album In Square Circle uit en speelde hij mee op de single "That's What Friends Are For" van Dionne Warwick met Elton John en Gladys Knight. Het bereikte nummer één in de VS. Wonder won de Grammy Award voor Best Pop Performance by a Duo Or Group With Vocal. In 1987 bracht Wonder het album Characters uit dat de hits "Skeletons" en "You Will Know" bevatte, maar het werd gemengd ontvangen. Michael Jackson's album Bad werd uitgebracht. Wonder speelde mee in het vijfde nummer van het album "Just Good Friends". In december 1987 bracht Wonder een single uit genaamd "Get It", een duet met MJ op zijn beurt voor Just Good Friends.
In 1991 verscheen Wonder's 3e soundtrack album, Jungle Fever, een maand voor de gelijknamige dramafilm. Het album hielp Wonder terug te klimmen in de Top Tien van de album charts.
In 1995 bracht Wonder Conversation Peace uit. Het was zijn eerste album dat geen soundtrack was sinds 1987. Een single, "For Your Love", werd uitgebracht van het album. Het won 2 Grammy Awards voor Beste R&B Man Vocal Performance en Beste R&B Song.
In 2005 bracht Wonder zijn eerste album in tien jaar uit, A Time to Love. Recensenten waren ontstemd over het feit dat het tien jaar had geduurd voordat hij een nieuw album met nieuw materiaal uitbracht. Op 25 juni 2011 trad Wonder op tijdens de openingsceremonie van de 2011 Special Olympics World Summer Games in Athene, Griekenland.
Wonder zei in 2013 dat hij in 2014 2 nieuwe albums zal uitbrengen, en is bezig met een derde. De huidige werktitels zijn Ten Billion Hearts, When The World Began en Gospel Inspired By Lula.
