Chesebrough begyndte sin karriere som kemiker med at klarlægge petroleum fra spækhvalernes olie. Opdagelsen af petroleum i Titusville, Pennsylvania, gjorde hans arbejde overflødigt, så han rejste til Titusville for at undersøge, hvilke nye materialer der kunne skabes af det nye brændstof. Dette førte til hans opdagelse af vaseline, som han gav handelsnavnet Vaseline.
I 1875 grundlagde han Chesebrough Manufacturing Company, som i 1955 blev til Chesebrough-Ponds, en førende producent af produkter til personlig pleje. Chesebrough patenterede processen til fremstilling af vaseline (U.S. Patent 127,568) i 1872. I 1874 solgte butikkerne over 1.400 krukker vaseline om dagen.
Chesebroughs succes skyldtes en stærk tro på sit produkt. Før han begyndte at sælge vaseline, testede han det på sine egne sår og forbrændinger. Chesebrough var stadig ikke i stand til at sælge noget til apoteker, indtil han rejste rundt i New York for at demonstrere sit mirakelprodukt. Foran et publikum brændte han sin hud med syre eller en åben ild og smurte derefter den klare gelé på sine skader, mens han demonstrerede tidligere skader, som han hævdede var blevet helbredt af sit mirakelprodukt. I virkeligheden heler det ikke sår og forbrændinger, geléen danner et lag, der forhindrer snavs i at trænge ind (en af de vigtigste årsager til død og sygdom i hans tid skyldtes, at åbne sår blev inficeret) og holder fugten inde. For yderligere at skabe efterspørgsel uddelte han gratis prøver, hvilket var et af de første eksempler på, at det nogensinde blev gjort.
Chesebrough åbnede sin første fabrik i 1870. Den første kendte henvisning til navnet Vaseline findes i hans amerikanske patent: “Jeg, Robert Chesebrough, har opfundet et nyt og nyttigt produkt af petroleum, som jeg har givet navnet ‘Vaseline’…” . Ordet menes at stamme fra tysk Wasser (vand) + oldgræsk: έλαιον (olie).
Dronning Victoria var angiveligt en stor fan af produktet og brugte det dagligt. I 1883 blev Chesebrough slået til ridder af dronning Victoria for sin videnskabelige bedrift. Den dag i dag forhindrer det mere end 98 % af det transepidermale vandtab som blødgøringsmiddel og er fortsat et valg af behandling efter kutan kirurgi.