1894年他用私钱在美国亚利桑那州弗来格斯塔夫建立了罗威尔天文台,专门研究 火星。弗来格斯塔夫地势很高,无云日很多。罗威尔画了大量火星表面图并将它们发表。罗威尔在晚年将他的兴趣转向寻找海王星外的太阳系第九颗行星。
他死后罗威尔天文台继续这项工作并于1930年真的找到了冥王星。冥王星的所写PL中含有他的名字的缩写,以示发现者对他的缅怀。 罗威尔1916年11月16日逝世。
罗威尔在1894年选择亚利桑那州的弗拉格斯塔夫作为兴建天文台的地点。弗拉格斯塔夫海拔超过7,000英尺,阴天较少见,而且远离城市的光害,是一个绝佳的观测地点。这也是天文台第一次被建造在远离人烟且高海拔的地区,以获得较佳的观测环境。
在接下来的15年间,他深入研究火星,并根据他的感受来绘制许多火星表面的图画。罗威尔并且在《Mars》(1895)、《Mars and Its Canals》 (1906)与《Mars As the Abode of Life》(1908)这3本书中公布他的观点。因为这些著作,罗威尔比其他人更容易推广火星上存在有高度智慧生物的观念 。
他的工作包括描绘火星表面那些他称为“非自然特征”的详细叙述,特别是“运河”与“绿洲”(罗威尔将这些运河交会处的黑斑称为绿洲),这些特征会随着火星季节来变化。罗威尔认为这些运河是因为火星缺乏水资源而建设的设施。