W 1718 roku został mianowany asystentem chirurga w St Thomas' Hospital w Londynie, a rok później (1719 lub 1720) awansował na pełnego chirurga. Specjalizował się w usuwaniu kamieni pęcherza moczowego, co przyczyniło się do znacznego wzrostu wskaźnika przeżywalności pacjentów. Później został chirurgiem do spraw kamicy w Westminster Infirmary oraz chirurgiem królowej Karoliny. W grudniu 1727 roku otrzymał nominację na chirurga nadwornego królowej.
W 1733 roku Cheselden został wybrany na chirurga szpitala św. Jerzego przy jego założeniu. W tym samym roku opublikował dzieło Osteographia, or the Anatomy of Bones (Osteografia, czyli anatomia kości) – pierwszy pełny i dokładny opis anatomii ludzkiego układu kostnego. Dzieło to wyróżniało się użyciem camera obscura do precyzyjnego odwzorowania kości, co zostało zilustrowane na stronie tytułowej.
Cheselden przeszedł na emeryturę ze St Thomas' Hospital w 1738 roku i przeniósł się do szpitala Chelsea Hospital.