התעניינותו באסטרונומיה החלה בזמן שהותו באאוגסבורג. הוא מפורסם בעיקר בזכות אטלס הכוכבים שלו, "אורנומטריה", אשר פורסם ב-1603, והיה האטלס הראשון לכסות את כל השמיים. מלבד זאת, באייר הכניס לשימוש מערכת חדשה של שמות כוכבים, אשר הפכה להיות מוכרת כ"ציון באייר", וכן הגדיר חלק מקבוצות הכוכבים המודרניות.
