Als preußischer Artillerieoffizier erwarb sich Siemens vielseitige naturwissenschaftliche und technische Kenntnisse, die zur Grundlage wurden für seine bahnbrechenden Erfindungen auf dem Gebiet der von ihm erstmals so genannten Elektrotechnik und damit auch für die von ihm zusammen mit dem Mechaniker J. G. Halske 1847 gegründete Firma "Siemens & Halske": Zeiger- und Drucktelegraph, Induktor mit Doppel-T-Anker, Entwickung elektrischer Widerstands- und Isolationsmessungen und die Herstellung nahtlos mit Guttapercha umkleideter Leitungen für die Verlegung transatlantischer Kabel. Mit der Entdeckung des "elektrodynamischen Prinzips" (1865) und mit der Konstruktion der Dynamomaschine (1866) wurde Siemens zum Begründer der Starkstromtechnik, für die er vielfältige Verwendungen erfand (z. B. elektrische Eisenbahn, 1879). Seine Firma, die er bis 1890 leitete, zählte bei seinem Tode viertausend Mitarbeiter.

Zusammen mit Helmholtz betrieb er die Errichtung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Berlin-Charlottenburg. Ab 1863 setzte er sich für eine staatliche Regelung des Patentrechtes ein zur Sicherung des Interessenausgleichs zwischen Erfinder und allgemeinem Nutzen. 1877 Mitglied des neuen Reichspatentamtes.

1888 geadelt.