En 1961, Wonder cantó su propia composición, "Lonely Boy", para Smokey Robinson de The Miracles. El primer álbum de Wonder, The Jazz Soul of Little Stevie, fue publicado por Motown Records en 1962, cuando Wonder tenía 12 años. Este álbum pretendía mostrar el talento instrumental de Stevie y contenía dos composiciones que Wonder y Paul escribieron conjuntamente: Session Number 112 y Wondering. Más tarde, ese mismo año, lanzó su segundo álbum Tribute to Uncle Ray, en su mayoría versiones de canciones de Ray Charles, incluida una canción nueva, Sunset. Estos dos álbumes se publicaron en orden inverso al de la grabación y no consiguieron el reconocimiento.Clarence, sintiendo que una canción se acercaba a Mother Thank You para su lanzamiento como single, que fue retirado y sustituido por I Call It Pretty Music But The Old People Call It The Blues. La canción estuvo a punto de entrar en el Billboard Hot 100, apareciendo en el puesto 101 antes de desaparecer. Las canciones siguientes, Little Water Boy y Contract on Love, no tuvieron éxito, a pesar de que esta última apareció en el álbum Uptight. Su primer álbum en directo, Recorded Live: The 12 Year Old Genius alcanzó el número uno en el Billboard 200 y contenía el sencillo en directo de dos partes Fingertips, lo que le convirtió en el músico más joven en tener un álbum número uno en Estados Unidos y en el artista más joven en encabezar la lista.
Sus siguientes singles no tuvieron éxito; su voz estaba cambiando a medida que envejecía y Motown estaba considerando cancelar su contrato. Para salvarle, en 1965 se grabó un nuevo sencillo, "Up-Tight", coescrito con Wonder, del que se dice que se basó en un ritmo que él había tarareado y que durante la grabación le cantó la letra a Wonder, ya que no estaba disponible en braille, y que "nunca perdió el ritmo". El sencillo alcanzó el número 1 y al año siguiente se apresuró la producción de un álbum para respaldar su éxito. Esto consolidó a Wonder como un auténtico creador de éxitos de la Motown. Desde entonces, utiliza un clavinet Hohner.
En 1971, Wonder lanzó el álbum Where I'm Coming From, un disco en el que esperaba ver lo que iba mal en el mundo (incluía el sencillo "If You Really Love Me". Por la misma época, su compañero de sello, Marvin Gaye, publicó un álbum similar, What's Going On, que dio lugar a tres sencillos. Los álbumes se han comparado con el de Marvin, que se considera exitoso, mientras que el de Wonder se considera "autocomplaciente, poco distinguido, pretencioso" y, en general, carente de unidad y fluidez. Al querer convertirse en un artista más independiente, Wonder dejó que expirara su antiguo contrato con la Motown.
Wonder se trasladó a un nuevo estudio y recibió clases de ingeniería de sintetizadores. Entonces conoció a Malcolm Cecil y a Robert Margouleff, que le presentaron una orquesta eléctrica conocida como TONTO (The Original New Timbral Orchestra). El 3 de marzo de 1972, Wonder lanzó un nuevo álbum con el nombre de Music of My Mind, en el que todas las canciones coincidían temáticamente. El álbum dio lugar a los singles Superwoman y Keep On Running. El álbum fue un éxito y los críticos lo consideraron representativo de su crecimiento artístico. Aunque se separó de la Motown, seguía presentando sus álbumes a su antiguo sello discográfico, Tamla. Cecil y Margouleff le ayudaron a realizar la ingeniería del sintetizador TONTO, por lo que figuraron como productores asociados. Esto inició el periodo clásico de Wonder y marcó una larga colaboración con la Expanding Head Band de TONTO.
Los álbumes que siguieron fueron Talking Book e Innervisions, este último ganador del álbum del año en 1973. Wonder ganó sus primeros cuatro premios Grammy en 1973. Dos de los premios fueron por su sencillo "Superstition" de Talking Book. En 1974, se publicó el decimoséptimo álbum de Wonder, Fulfillingess' First Finale, que también ganó el premio al álbum del año. Contaba con dos singles número uno, "Boogie on Reggae Woman", y "You Haven't Done Nothin", un éxito que lanzó críticas contra la Federación Nixon; curiosamente, 2 días después, Richard Nixon dimitió. Wonder ganó otros cuatro Grammys por el álbum ese año. Fue el segundo álbum número uno de Wonder. El siguiente álbum de Wonder, Songs in the Key of Life, también alcanzó el número uno. Fue el álbum más aclamado por la crítica y la Biblioteca del Congreso lo calificó de cultural, histórica y estéticamente significativo. De él salieron cinco sencillos: Sir Duke, una canción que explica los placeres de la música, I Wish, que desea que vuelvan los días de la infancia, como una balada de amor que durará hasta que ocurra lo imposible, Another Star, una balada rompecorazones de ritmo rápido al estilo cubano que apareció en el vídeo promocional de la BBC para el Mundial de 2014, y Isn't She Lovely, una canción inspirada en el nacimiento de la hija de Wonder, Aisha Morris (Wonder no la lanzó como sencillo aunque un ejecutivo de la Motown se lo pidió). Las dos primeras canciones alcanzaron el número 1 en las listas de Billboard.
En 1979, publicó un álbum de bandas sonoras, Journey Through The Secret Life Of Plants, para el documental The Secret Life Of Plants. El álbum utilizaba un ordenador melódico prácticamente en todo momento. El álbum contiene la balada número 1 Send One Your Love. El álbum ha sido calificado como una rareza y una tontería. Wonder culpó a Motown de no promocionar el álbum adecuadamente. En 1980, Wonder lanzó Hotter Than July, que incluía I Ain't Gonna stand For It, una canción de estilo country sobre un hombre cuya propiedad ha sido invadida repetidamente, Master Blaster (Jammin'), un tema de reggae dedicado a Bob Marley, "Lately", una balada y "Happy Birthday", una canción en memoria de Martin Luther King Jr. utilizada para la campaña de Wonder para convertir el cumpleaños de Luther en una fiesta nacional. Su siguiente trabajo fue un álbum de grandes éxitos titulado Original Musiquarium I que incluía 4 nuevos singles That Girl, Do I Do, Front Line y Ribbon in The Sky. En 1983, Wonder colaboró con Stay Gold en el drama The Outsiders. A continuación, programó un álbum que se titularía People Work, Human Play. El álbum nunca salió a la luz y, en cambio, en 1984 se publicó su siguiente banda sonora, The Woman in Red, que incluyó el exitoso sencillo "I Just Called to Say I Love You", que alcanzó el número uno en todos los países con listas de éxitos en ese momento, convirtiéndose así en su disco más vendido. Fue el único número uno de Wonder en el Reino Unido. Fue número uno allí durante seis semanas. En 1985 Wonder publicó el álbum digital In Square Circle y participó en el sencillo de Dionne Warwick "That's What Friends Are For" con Elton John y Gladys Knight. Llegó al número uno en Estados Unidos. Wonder compartió el premio Grammy a la mejor interpretación pop de un dúo o grupo con voz. En 1987 Wonder publicó el álbum Characters, que incluía los exitosos singles "Skeletons" y "You Will Know", pero tuvo una acogida desigual. Se publicó el álbum Bad de Michael Jackson. Wonder participó en la quinta canción del álbum, "Just Good Friends". En diciembre de 1987 Wonder lanzó un sencillo llamado "Get It", un dueto con MJ a su vez para Just Good Friends.
En 1991, el tercer álbum de la banda sonora de Wonder, Jungle Fever, se publicó un mes antes de la película dramática del mismo nombre. El álbum ayudó a Wonder a volver a entrar en el Top Ten de las listas de álbumes.
En 1995 Wonder lanzó Conversation Peace. Fue su primer álbum que no era una banda sonora desde 1987. Del álbum se publicó un sencillo, "For Your Love". Ganó dos premios Grammy a la mejor interpretación vocal masculina de R&B y a la mejor canción de R&B.
En 2005 Wonder publicó su primer álbum en diez años, A Time to Love. Los críticos se mostraron molestos por el hecho de que tardara diez años en lanzar un nuevo álbum con material fresco. El 25 de junio de 2011, Wonder actuó en la ceremonia de apertura de los Juegos Mundiales de Verano de las Olimpiadas Especiales de 2011 en Atenas (Grecia).
Wonder dijo en 2013 que lanzaría 2 nuevos álbumes en 2014, y está preparando un tercero. Los títulos de trabajo actuales son Ten Billion Hearts, When The World Began y Gospel Inspired By Lula.
