Trabajó como jardinero a las órdenes de William George Cavendish (sexto duque de Devonshire) en Chatsworth, Derbyshire, y allí se inició en la construcción de grandes invernaderos.

Basándose en esta experiencia proyectó una sala de hierro y vidrio para la primera Exposición Internacional celebrada en Londres el año 1851. Este enorme edificio de 600 m de longitud se conoció con el nombre de Crystal Palace (Palacio de Cristal) y fue la primera estructura construida en su totalidad con piezas prefabricadas.

Paxton también fue uno de los arquitectos paisajistas más importantes de su época, encontrándose entre sus obras numerosos jardines públicos y privados, como los de Chatsworth, el Crystal Palace y Birkenhead.