Après des études à l'université Yale, Goodyear entreprit plusieurs expériences dans le domaine du commerce, notamment dans les affaires maritimes. Il travailla également dans la fabrication de chaussures en cuir et de munitions. Ses recherches sur le caoutchouc commencèrent vers 1830 lorsqu'il était employé par l'entreprise Nash, qui commercialisait ce matériau pour fabriquer des produits comme les manches de bateaux ou les colliers pour chevaux.
En 1839, Goodyear commença à expérimenter le caoutchouc naturel afin de le rendre plus durable et élastique. Il utilisa différentes techniques de chauffage et de froid pour tenter de le durcir sans l'empêcher de retrouver sa flexibilité. Ce n'est qu'en 1839, après un accident imprévu qui causa la chaleur intense dans son laboratoire, que Goodyear découvrit l'effet du "vulcanisation" du caoutchouc, nommé ainsi d'après le dieu de la forge romain. En effet, le choc thermique et mécanique qu'il subit durant cet accident permit à Goodyear de remarquer que l'exposition au feu pouvait rendre le caoutchouc plus résistant et durable tout en conservant ses propriétés élastiques.
Le 14 juillet 1844, il déposa son brevet de fabrication du caoutchouc vulcanisé, dont les droits furent ultérieurement transférés à la compagnie Goodyear Tire & Rubber Company. Ce brevet permit à Goodyear d'améliorer ses conditions financières et de se lancer dans différents domaines comme la production de chaussures ou la fabrication de produits en caoutchouc, notamment des chapeaux, des gants et des bottes.
Charles Goodyear est considéré comme un innovateur et un précurseur qui a marqué l'histoire industrielle américaine et mondiale en ayant développé la vulcanisation du caoutchouc, une technique qui permit de mettre au point le pneumatique moderne. Sa vie est également empreinte d'une grande persévérance et de détermination dans la recherche d'améliorations techniques dans différents domaines, ce qui en fait un exemple à suivre pour les innovateurs du monde entier.