В 1853 году Максимович вместе с Леопольдом фон Шренком предпринял по поручению ботанического сада путешествие вокруг света на фрегате «Диана», который направлялся для поддержки экспедиции под командованием адмиралаПутятина. После остановок в Рио-де-Жанейро, Вальпараисо и Гонолулу, 11 июля 1854 года фрегат «Диана» соединился с отрядом Путятина в бухте Де-Кастри и 22 ноября 1854 года прибыл в японский порт Симода. 11 (23) декабря В результате опустошительного землетрясения 23 декабря 1854 года и последовавшего за ним цунами фрегат «Диана» был серьёзно повреждён, а затем, при транспортировке в бухту Хэда, затонул. Экипаж был вынужден остаться в Японии, а затем до 1857 года находился в Приамурье. С большими затруднениями и с малыми средствами исследовал он растительность этого тогда ещё почти вовсе неизвестного края и собрал богатую коллекцию, которую он обработал по возвращении в Петербург, и опубликовал сочинение: «Primitiae florae amurensis» (лат.)=«Первенцы амурской флоры» (Memoires de l’Academie Imperiale de St.-Petersbourg. — 1859), ознакомившее учёный мир со своеобразной растительностью обширного Приамурского и Уссурийского края (ввёл в ботаническую науку 915 новых видовцветковых и споровых растений). За эту работу в 1859 году Максимович был удостоен Демидовской премии и избран адъюнктомСанкт-Петербургской Академии наук.
Орех манчжурский. Плод. Иллюстрация из работы Максимовича Diagnoses des nouvelles plantes du Japon et de la Mandjourie.
В Японии Максимович пробыл до начала 1864 года, а в феврале 1864 года вернулся в Россию. Результатом экспедиции стало доказательство теории единства природной среды Японии и всего Дальнего Востока в работе «Diagnoses des nouvelles plantes du Japon et de la Mandjourie» (лат.) (20 выпусков, 1866—1876).
В 1869 году Максимович был назначен главным ботаником Императорского ботанического сада и занялся разработкой не только того богатого материала, который он сам собрал, но и тех коллекций, что доставляли ему наши путешественники Пржевальский, Потанин, Н. В. Певцов и др., издал на основе их изучения 8 выпусков «Diagnosis plantarum novarum asiaticum» (лат.) (1876—1893). С 1870 года был директором Ботанического музея.
В 1871 году Максимович был избран экстраординарным, а затем и ординарным академиком.
По поручению Академии наук он выкупил у вдовы Зибольда коллекцию из восьми томов ботанических иллюстраций, выполненных японскими художниками.
Человек высокообразованный, Максимович владел, кроме русского, французского и немецкого языков, на которых прекрасно выражался и писал, ещё и английским языком.
Сын Лев, профессиональный коннозаводчик. Репрессирован в сентябре 1941 года. Первый брак — Августа Миддендорф. Второй брак ( с 1918) — Эмилия Георгиевна Кальске (родная сестра финского революционера Эмиля Кальске).
Внучка Мадлена.
Внучка Луиза (умерла в 1943 году в блокадном Ленинграде).
Кроме вышеназванного сочинения, наука ему обязана множеством в высшей степени основательных работ, из которых здесь укажем:
Primitiae florae amurensis, 1859
Rhamneae orientali-asiaticae, 1866
С. J. Maximowicz. Diagnoses des nouvelles plantes du Japon et de la Mandjourie. // In : Bulletin de l’Academie Imperiale des Sciences de St. Petersbourg. Tome I, decades I—Х, 1866—1871, Tome II, decades XI—XX, 1872—1876 (лат.) Проверено 23 ноября 2008 г.
Rhododendreae Asiae Orientalis, 1870
Monograph on genus Lespedeza, 1873
Diagnosis plantarum novarum asiaticum (fasc. I—VIII, 1876—1893)
Flora tangutica, sive enumeratio plantarum regionis Tangut (Amdo) provinciae Kansu, nec non Tibetiae praesertim orientaliborealis adque Tsaidon: ex collectionibus N.M. Przewalski atque G.N. Potanin, (Fasc. I. Thalamiflorae et Disciflorae, 1889)
Enumeratio plantarum hucusque in Mongolia: nec non adjacente parte Turkestaniae Sinensis lectarum, 1889
Cacalia maximowiczianaNakai et Maekawa (syn.Koyamacalia maximowicziana (Nakai et Maekawa ex Hara) H.Rob. et Brettell, Parasenecio maximowiczianus (Nakai et F.Maek. ex Hara) H.Koyama)
