Áp dụng các phép thống kê vào số lượng các ngôi sao thu được trong các bức ảnh chụp Ngân Hà, Wolf đã chứng minh sự tồn tại của các đám bụi tối. Ông cũng là một trong những người đầu tiên phát hiện ra rằng quang phổ hấp thụ của các "tinh vân xoắn ốc" giống với quang phổ hấp thụ của các ngôi sao (khái niệm tinh vân cổ bao gồm cả các thiên hà, các đám sao và các tinh vân hiện nay), từ đó phân biệt các "tinh vân" có bản chất khí và các "tinh vân" có bản chất sao (các "tinh vân xoắn ốc" sau này được chứng minh là các thiên hà thực sự). Wolf đã phát hiện ra hàng ngàn tinh vân và thiên hà.

Max Wolf là người đi tiên phong trong lĩnh vực áp dụng kỹ thuật chụp ảnh để tìm kiếm các tiểu hành tinh (dựa trên chuyển động của các tiểu hành tinh so với nền của các ngôi sao cố định). Ông đã phát hiện ra tất cả 248 tiểu hành tinh. Ông cũng đã phát hiện hoặc tham gia phát hiện một số sao chổi.

Tên ông được đặt cho một crater trên Mặt Trăng, một tiểu hành tinh (Asteroid 827 Wolfiana) và một thiên hà (thiên hà không định hình Wolf-Lundmark-Melotte).