Pada awal 2002, dia mendirikan SpaceX dan tak lama setelah itu, Elon mendirikan Tesla dan menjadi CEO-nya hingga saat ini. Tak cukup dengan itu, dia mengemukakan ide SolarCity. Elon Musk memberikan modal kepada sepupunya, Peter dan Lyndon Rive untuk memulai perusahaan energi surya tersebut pada 2006.
Namun SpaceX, Tesla, dan SolarCity membuatnya bangkrut. Dia menggambarkan 2008 sebagai tahun terburuk dalam hidupnya. Tesla terus merugi, dan SpaceX mengalami masalah saat meluncurkan roket Falcon-1.
Dia juga berpisah dengan istri pertamanya, yang membawa sebagian kekayaannya. Demi bisa bertahan hidup, dia pun harus berutang.
Namun di akhir 2008, bisnisnya mulai bangkit. SpaceX mendapat kontrak dari NASA dan Tesla mendapatkan investor baru. Dua tahun kemudian, semuanya menjadi sangat baik. Bahkan pada Juni 2010, Tesla mencatatkan sahamnya di Bursa.
Kariernya yang cemerlang menjadi soroton terutama di Hollywood. Sosok Tony Shark di film Iron Man terinspirasi Elon Musk. Dia bahkan pernah menjadi cameo di Iron Man 2.