A principios de 1502 embarcó para La Española, formando parte de la nutrida flota de 32 navíos y 2500 hombres que partió de Sanlúcar de Barrameda, acompañando al nuevo gobernador de las Indias, Nicolás de Ovando.

Se dio a conocer como gran militar, mas tarde, bajo las órdenes de Juan de Esquivel, luchó contra los indígenas en Jamaica, en recompensa, fue nombrado capitán de la villa de Salva León de Higüey, solicitó permiso al gobernador Ovando para explorar la isla de Borinquén (nombre de Puerto Rico), por las noticias de que disponía de que allí había minas de oro. Firmaría en junio de 1508 las primeras capitulaciones con Ovando, llegando en agosto a Puerto Rico, llegando a un pacto de amistad con el cacique Agüeybana, pudiendo explorar con el galeón que llevaba la isla, esta expedición se componía de 42 soldados, y como lugarteniente llevaba a Juan Gil Calderón.

Construiría su primer asentamiento en un lugar llamado Pueblo Viejo. En mayo de 1509, volvería a la Española para firmar otras capitulaciones con Ovando, en la que se le nombraba capitán de la isla de San Juan, Ovando fue sustituido por Diego Colón, el 10 de julio de 1509, y el Rey nombró a Ponce lugarteniente de San Juan, con la llegada del nuevo gobernador Diego Colón, fue nombrado gobernador de la isla en marzo de 1510.

En 1511, la isla pasó a depender de Diego Colón, y Ponce de León fue sustituido, el Rey autorizo entonces a Ponce a explorar nuevas tierras, partió de San Juan en 1512, descubrió La Florida buscando la fuente de la juventud, sin darse cuenta, acababa de tocar el continente.

En septiembre de 1514, recibió del Rey el nombramiento de adelantado y justicia mayor de la Florida y Bikini, regresando a España donde se entrevistó con el cardenal Cisneros, tiempo después zarpó desde Sanlúcar con gentes y víveres con cuatro naves, haciéndose a la mar el 26 de febrero de 1521 para conquistar definitivamente La Florida. A su llegada en un enfrentamiento con los indígenas, seria herido de un flechazo, no eran las flechas, a las que los españoles estaban acostumbrados, eran de diferente tamaño y peligro, herido Ponce, replegó sus fuerzas y recaló en La Habana, donde murió poco después. Sus restos, fueron trasladados por su nieto a Puerto Rico, y enterrado en la capilla del convento de Santo Tomás de Aquino.