Vogel begann seine astronomische Laufbahn als Assistent an der Sternwarte in Leipzig, wo Zöllner ihn für die in ihren ersten Anfängen sich befindliche Astrophysik gewann und dem Kammerherrn v. Bülow als Leiter von dessen Privatsternwarte in Bothkamp bei Kiel empfahl (1870). Die dort durchgeführten spektroskopischen Arbeiten begründeten seinen frühen Ruhm und veranlaßten die preußische Regierung, ihm die Einrichtung und Ausgestaltung des neu gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums zu Potsdam anzuvertrauen (1874), dessen erster Direktor er 1882 wurde.

Vogel ist fast auf allen Gebieten der jungen Astrophysik z. T. bahnbrechend tätig gewesen und galt neben Huggins als erste Autorität. Als seine bedeutendste Leistung dürfen die "Untersuchungen über die Eigenbewegung der Sterne im Visionsradius auf spektrographischem Weg" angesehen werden. Unter seiner Leitung hat das Astrophysikalische Observatorium zu Potsdam Weltruf erlangt.