Był twórcą podstaw budowy obrabiarek, w roku 1833 skonstruował tokarkę do gwintów metalowych.
Dwa lata później, w roku 1835 zastosował w tokarce urządzenie do mechanicznego poprzecznego posuwu suportu.
W 1840 roku skonstruował obrabiarkę do kół zębatych.
Rok później opracował nowy, jednolity system (calowy) miar gwintów, zwany systemem Whitwortha, który od tej pory stał się obowiązujący w świecie.
Skonstruował precyzyjny przyrząd mogący mierzyć z dokładnością do jednej tysięcznej cala.
Wynalazł ciśnieniowe odlewanie stali.
Prowadził również badania balistyczne, konstruował i wytwarzał działa i karabiny. W prowadzonych przez niego Zakładach Artyleryjskich skonstruowano i wdrożono do produkcji nowy rodzaj lufy - tzw. poligonalnej, która dzięki specjalnie ukształtowanemu wnętrzu charakteryzuje się zwiększoną trwałością, oraz zdolnością nadawania większych prędkości początkowych niż lufy bruzdowe.
Jemu przypisuje się również skonstruowanie maszyny do czyszczenia ulic w roku 1841.
