Закінчивши навчання, Максим працював на заводах в Фітчбург, Бостоні та Нью-Йорку на посаді кресляра і майстри. У період цього часу він винаходить різні пристрої: машини для добування светильного газу, харчування парових котлів водою та інші винаходи. Переїхавши до свого дядька, в 1864 році, конструює вдосконалений регулятор для газових пальників і автоматичний вогнегасник. Пізніше Максим переїхав до Нью-Йорк, де займався удосконаленням динамо-машини, електродвигуни та акумуляторів.
Кулемет «Максима» і його творець Хайрем Стівенс Максим
У 1881 році Максим емігрував до Англії і зайнявся розробкою зброї. Він займався винаходом підводних мін і торпед, розробив проект повітряної торпеди. Значним працею була його робота по удосконаленню вибухових речовин. Розробка бездимного пороху теж дітище Стівенса Максима, застосування якого справило цілий переворот про стрілецькому і артилерійському справі.
У 1884 році він створив першу модель свого знаменитого кулемета «Максима». За власними словами, його ідея використання енергії віддачі для перезарядки зброї народилася через сильну віддачі при стрільбі з рушниці, випробуваної в дитинстві.
У 1888 році Максим заснував завод для виробництва скорострільних гармат і кулеметів. У 1896 році цей завод був куплений компанією Віккерс. У 1901 році за видатні винаходи королева Вікторія справила Максима в лицарі.