En 1965, il énonce la loi de Moore, qui veut que le nombre de transistors dans les circuits intégrés en silicium double tous les 18 mois. Cette loi est à prendre plus comme une prédiction technologique que comme une loi au sens scientifique du terme[10].
En 1968, à la suite d'un désaccord sur la stratégie de leur entreprise, Gordon Moore, qui devine les formidables potentialités de l'invention de Robert Noyce, quitte Fairchild Semiconductor pour fonder avec ce dernier la société Intel à Santa Clara dans la Silicon Valley en Californie. Ils parviennent par leur simple notoriété à trouver l'avance de 2,5 millions de dollars nécessaires à leur nouvelle entreprise (société estimée à 125 milliards d'euros à la Bourse de New York en 2002).
Intel produit sa première puce en 1969 avec un chiffre d'affaires de 3 000 dollars (soit 25 000 dollars de 2023). Moore recrute alors un jeune homme de 33 ans, Andrew Grove, le futur PDG et associé cofondateur d'Intel.
Moore est d'abord vice-président de Intel, puis président à partir de 1975. Il devient président du conseil d'administration à partir de 1979.
Les prévisions de la loi de Moore se révèlent relativement justes avec des chiffres qui donnent le vertige : en 2006, les microprocesseursCore 2 d'Intel à 64 bits fonctionnent à plus de 3,20 GHz et dépassent les 80 millions de transistors.
Il est entré en 1996 au musée national d'histoire américaine (NMAH)[11], aux côtés de Seymour Cray, Roland Moreno, Tim Berners-Lee et Robert E. Kahn. En 2002, une équipe d'ornithologues dédient, à lui et à son épouse, une nouvelle espèce d'oiseau découverte au Brésil, la Chevêchette des Moore (Glaucidium mooreorum).
Le , il meurt chez lui à Hawaï à l'âge de 94 ans[12].