Il fait partie des grands aventuriers du monde au même titre qu'un Roald Amundsen (explorateur), Edmund Hillary (alpiniste), Jacques Piccard (océanographe), Bertrand Piccard (aéronaute), Neil Armstrong (astronaute) et Charles Lindbergh (aviateur). Spécialiste du saut extrême (base-jump), il a débuté sa carrière de parachutiste dans l'armée autrichienne. En élaborant avec une équipe de scientifiques, il a conçu un projet,avec le soutien de Red Bull ,pour battre le record du monde en chute libre. Avec un saut en chute libre prévu à 36 km au-dessus de la terre, il pouvait être le premier homme à franchir le mur du son, protégé uniquement par une combinaison spatiale. Le 9 octobre 2012, il a fait une première tentative qui fut annulée à cause d'un météo défavorable. Auparavant, il avait réalisé deux sauts tests : en mars 2012 à 21,8 km (3 mn43s en chute libre) puis en juillet 2012 à 29,5 km atteignant la vitesse de 805 km/h.

Le 14 octobre 2012 sur la base de Roswell en plein désert du Nouveau-Mexique, il est devenu le premier homme à franchir le mur du son avec un saut à 39 008 mètres d'altitude. Ce saut, suivi en direct par des millions de personnes, a été effectué d'une capsule pressurisée tractée par un ballon gonflé à l'hélium. Il a franchi le mur du son après quelques dizaines de secondes et a pu ensuite ouvrir son parachute  après une chute libre de 4min 20sec. Il a atteint la vitesse de 1 342,8 kilomètres/heure, soit 1,24 fois la vitesse du son. Il a ouvert sa parachute à 2 516 m du sol. Il a établi trois records historiques avec ce saut : 39,045 km (le plus haut vol d'un homme en ballon), 36,529 km (longueur record en chute libre) et 1 342,8 km/h (premier homme à franchir le mur du son). Ce saut historique a coïncidé avec le 65eme anniversaire du jour où le pilote américain Chuck Yeager a franchi pour la première fois le mur du son à bord de l'avion supersonique Bell X-1. C'était le 14 octobre 1947.

L'ancien record de la chute libre la plus longue appartenait depuis 1960 au l’Américain Joe Kittinger , qui a survécu à un saut de 31 kilomètres de haut. C’est cet exploit, réalisé en 1960, qu'a surpassé Baumgartner.

Parmi ses autres exploits :

- En 1999, il a établi le record du monde du plus haut saut en parachute depuis un immeuble en sautant des Tours Petronas de Kuala Lumpur en Malaisie.
- Le 31 juillet 2003, il fut la première personne à traverser la Manche en chute libre en utilisant une aile en fibre de carbone fabriquée spécialement pour cet événement.
- Le 7 décembre 1999, il a établi le record du monde de saut extrême le plus bas jamais effectué, en sautant de la main du Christ Rédempteur de Rio de Janeiro.
- Le 27 juin 2004, il fut le premier à effectuer un base-jump du viaduc de Millau en France ainsi que la première personne à atterrir en parachute sur ce même pont.
- Le 12 décembre 2007, il fut le premier à sauter du 91e étage du gratte-ciel Taipei 101 à Taipei, la capitale de Taïwan, qui à cette époque était le plus haut gratte-ciel au monde.

En octobre 2014, l'Américain Alan Eustache de 57 ans (directeur général de Google) a battu le record d'altitude en ballon. Il lui aura fallu deux heures pour atteindre 41 419 mètres, soit 2374 mètres de plus que Baumgartner. Lors de sa chute, il a atteint une vitesse maximum de 1322,9 km/h, soit 1,24 fois la vitesse du son. Il a réussi cet nouvel exploit directement accroché à un ballon gonflé à l'hélium, simplement protégé de son scaphandre pressurisé tandis que Baumgartner était protégé de son scaphandre.