Az információelmélet legalapvetőbb törvényeit fedezte fel, általában tapasztalati úton. Később tételeit matematikailag is igazolták más matematikusok.

Fő műve, A kommunikáció matematikai elmélete (Mathematical Theory of Communication) című munkája, 1948-49-ben jelent meg.

Valószínűleg egyaránt ismert volt mind a digitális computer, mind a digitális áramkör tervezésének elmélete terén, amikor is 1937-ben megszerzi diplomáját a Massachusetts Institute of Technology (MIT)-n.

Diplomamunkáját a Bool algebra elektromos áramkörökkel történő megvalósításából írta.

A Boole algebra három alapoperatora az AND, OR és a NOT.

Shannon a Boole operátorokat elektromechanikus áramkörökkel reprezentálta.

Az igaz illetve hamis állapotokat kapcsolókkal valósította meg aszerint, hogy melyik kapcsoló volt áram alatt avagy nem (nyitott illetve zárt állapotban).

Például egy egyszerű AND áramkört szemléltet a 6. ábra (fig 6), ahol mind a p, mind a q kapcsolónak zárt állapotban kell lenni, hogy a lámpa felgyulladjon. Ha csak az egyik vagy a másik kapcsoló van zárt állapotban, az égő nem fog világítani. Ez a 3-as ábrán (fig 3) levő igazságtáblának felel meg.

Hasonló képpen egy OR áramkörben az égő világítani fog, ha csak az egyik vagy mindkét kapcsoló kerül zárt állapotba, a 4-es (fig 4) ábrán szereplő igazságtáblának megfelelően.

A NOT áramkörben a p kapcsoló megszakításra nem pedig zárásra van beállítva. Ennek megfelelően az égő világit (igaz), ha kapcsoló nyitott állapotban van (hamis), és kialszik (hamis), ha a kapcsoló zár (igaz). Lásd az 5-ös ábrát (fig 5)

A második világháború alatt légvédelmi irányítórendszerekkel és kriptográfiával foglalkozott a Bell Labs munkatársaként. Itt kezdett el foglalkozni az emberi hang titkosításával csakúgy, mint a jel/zaj viszony fogalmaival.

Ekkor jött rá, hogy a világ digitalizálható. Rájött arra, hogy a világ hogyan osztható nullákra és egyesekre; hogy a képben, a videóban, a hangban, a szagban, abban, ahogy elmeséljük a történeteinket, a lepkében, a fában, a virágban mi a közös: a bit.

1948-as munkájában kifejti, hogy a mintavétellel nyert diszkrét mintákból álló impulzussorozat információtartalma megegyezik az eredeti, időben folytonos analóg jel információtartalmával. Ez viszont csak bizonyos feltételek érvényesülése esetén igaz. Ezeket a feltételeket a Shannon-féle mintavételi tétel tartalmazza: a mintavételezett jelből akkor állítható vissza információ veszteség nélkül az eredeti analóg jel, ha a mintavételi frekvencia (fm) legalább kétszerese az analóg jelben előforduló legmagasabb frekvenciának (fmax). A mintavételi frekvencia értékének állandónak kell lennie.

1948-ban jelent meg A kommunikáció matematikai elmélete, amelyet nem sokkal később követett a titkosítás alól immár feloldott A titkosítási rendszerek kommunikációelmélete.

Dolgozataival többek közt bevezette a bit, mint az információ alapegysége fogalmát, lerakta a modern titkosítási algoritmusok alapjait, valamint meghatározta a tömörítési és adattovábbítási eljárások maximális, elméleti hatékonyságát, amelyet napjainkban sikerült csak megközelíteni.

Érdeklődési körébe tartozott a zsonglőrködés és a sakk. Nevéhez fűződik a zsonglőrtétel: (F+D)H=(V+D)N, ahol F a labda levegőben töltött ideje, D a kézben töltött, V az az idő, ami alatt a kéz üres, N pedig a labdák, H a használt kezek száma. Eme sport szenvedélye volt, csakúgy mint a feltalálás: számos zsonglőrgépet készített, legismertebb talán mégis az Ultimate Machine, ami bekapcsolásakor önmagát kapcsolja le.

Ezen kívül készített egy eszközt, amivel meg lehetett oldani a Rubik kocka problémáját.

Shannon munkája a Minivac 601, ami egy digitális computer tréner, a számítógép működésének oktatására. Segítségével a bináris aritmetikát és a computer assembler nyelvet lehetett tanulmányozni. A Minivac 601-t a Scientific Development Corporation (SDC) kezdte el értékesíteni 1961-től. Annak ellenére, hogy az oktatási intézmények és hobby felhasználók körében hamar népszerűvé vált, a különböző cégek vonakodtak a megvásárlásától. Az SDC különböző módosításokat hajtott végre, majd Minivac 6010 néven hozta forgalomba.

1950-ben készítette el Theseust, egy mágneses egeret, melyet egy kapcsoló áramkör vezérelt, lehetővé téve, hogy az egér egy 25 négyzetből álló labirintusban mozogjon. Az egeret bárhova helyezték el a labirintusban, megtalálta a kivezető utat. Az egér úgy volt programozva, hogy addig keressen, míg nem találja meg az ismert pozíciót, ahonnan elérhette a célt. Eközben az új ismereteket az egér eltárolta a memóriájában. Theseus volt az első kísérletek egyike, a mesterséges intelligencia alkalmazására.

1950-ben publikált egy cikket arról, hogyan képes egy computer sakkot játszani. Feleségével és Ed Tod matematikus kollégájával gyakran töltötték a hétvégét Las Vegasban, ahol játékelméletet alkalmazva sikerrel játszottak Black Jack-et.

2001, február 24-én hunyt el Massachusetts államban.