Väisälä studerade astronomi vid Helsingfors universitet och var där med om att 1921 grunda astronomiföreningen Ursa, en förening för astronomiintresserade, både professionella och amatörer, som är verksam ännu idag. 1923 anställdes han som fysiklärare vid det nygrundade Åbo universitet, och utnämndes till professor i fysik då professuren inrättades 1924. Vid sidan av sin ordinarie tjänst undervisade han också i astronomi och utnämndes till professor i ämnet 1927. Officiell professur blev tjänsten dock först 1951. Universitetets observatorium i Storheikkilä, som byggdes 1935–1936 och planerades av Väisälä, började lida svårt av ljusförorening, och till stor del genom Väisäläs försorg grundades ett nytt observatorium 1952 i Tuorla i Pikis utanför staden.
Yrjö Väisälä är främst känd för sina astronomiska observationer; han upptäckte bland annat 128 asteroider och flera kometer. Han utvecklade ett flertal metoder för framställande av precisionsoptik, och anses vara den som utarbetade teorin för det som blev känt som Schmidtteleskopet. Han utvecklade också metoder för att upptäcka asteroider, och en beräkningsmall som relativt snabbt och enkelt gav asteroidens bana.
Även inom geodesin har Väisälä bidragit med metoder. Han utvecklade en längdmätningsmetod baserad på interferens i vitt ljus och ett instrument som kallas zenit-teleskop.
Privat var han en förkämpe för språket esperanto och en ivrig seglare.
Yrjö Väisälä var bror till geofysikern Vilho Väisälä och matematikern Kalle Väisälä samt far till astronomen Marja Väisälä.
Utmärkelser
Väisälä utnämndes till ledamot av Finlands akademi 1951.