Chesebrough begon zijn loopbaan als scheikundige met het zuiveren van kerosine uit de olie van potvissen. De ontdekking van petroleum in Titusville, Pennsylvania, maakte zijn baan overbodig, dus reisde hij naar Titusville om te onderzoeken welke nieuwe materialen uit de nieuwe brandstof zouden kunnen worden gemaakt. Dit leidde tot zijn ontdekking van petroleum gelei, die hij verhandelde onder de naam Vaseline.
In 1875 richtte hij de Chesebrough Manufacturing Company op, die in 1955 Chesebrough-Ponds werd, een toonaangevende fabrikant van persoonlijke verzorgingsproducten. Chesebrough patenteerde het proces voor het maken van petroleumgelei (U.S. Patent 127,568) in 1872. Tegen 1874 verkochten winkels meer dan 1400 potten vaseline per dag.
Het succes van Chesebrough kwam voort uit een rotsvast geloof in zijn product. Voordat hij petroleum gelei begon te verkopen, testte hij het op zijn eigen snij- en brandwonden. Chesebrough was nog steeds niet in staat om het aan drogisterijen te verkopen totdat hij door New York reisde om zijn wonder product te demonstreren. Voor een publiek verbrandde hij zijn huid met zuur of een open vlam, smeerde dan de heldere gelei op zijn verwondingen en demonstreerde verwondingen uit het verleden die, naar hij beweerde, genezen waren door zijn wondermiddel. In werkelijkheid geneest het geen snijwonden en brandwonden, de gelei vormt een laagje, waardoor vuil niet kan binnendringen (een van de belangrijkste oorzaken van dood en ziekte in zijn tijd was het besmetten van open wonden) en het vocht wordt ingesloten. Om de vraag verder te stimuleren, deelde hij gratis monsters uit, een van de eerste gevallen waarin dat ooit werd gedaan.
Chesebrough opende zijn eerste fabriek in 1870. De eerste bekende verwijzing naar de naam Vaseline staat in zijn U.S. patent: “Ik, Robert Chesebrough, heb een nieuw en nuttig product uitgevonden uit petroleum dat ik ‘Vaseline’ heb genoemd…” . Het woord zou afkomstig zijn van het Duitse Wasser (water) + Oudgrieks: έλαιον (olie).
Naar verluidt was Koningin Victoria een grote fan van het product en gebruikte zij het dagelijks. In 1883 werd Chesebrough door Koningin Victoria geridderd voor zijn wetenschappelijke prestatie. Tot op de dag van vandaag voorkomt het als emolliënt meer dan 98% van het transepidermaal waterverlies en blijft het een behandeling bij uitstek na cutane chirurgie.