Научная работа в музее ведётся в области музееведения и профильных наук, в том числе по федеральным программам «Экологическая безопасность России», «Биологическое разнообразие», «Сохранение и развитие культуры и искусства».
Музей периодически организует и проводит научно-практические конференции:
в 1992 году — юбилейная конференция, посвященная 70-летию музея;
в 1994 году — конференция «Направления научной работы Государственного Биологического музея им. К. А. Тимирязева»;
в 1996 году — межмузейная конференция «Музей и общество»;
в 1997 году — межрегиональная конференция «Естественнонаучные музеи: культура, образование, воспитание» (к 75-летию музея);
в 2002 году — юбилейная конференция, посвященная 80-летию музея «Музей – открытая система»;
в 2006 году — конференция, посвященная 60-летию со дня рождения мастера таксидермии В. А. Хренова «Таксидермические коллекции в естественнонаучных и краеведческих музеях»;
в 2007 году — всероссийская конференция, посвященная 85-летию музея «Музейная педагогика: вчера, сегодня и завтра»;
в 2012 году — всероссийская конференция «Музейный посетитель. Как сделать так, чтобы он возвращался»;
в 2017 году — всероссийская научно-практическая конференция к 95-летию музея «Выставки. Выбор музея или ответ на запрос посетителя?»;
в 2018 году — всероссийская конференция «Квестомания. Игра по правилам и без», посвященная 25-летию со дня создания биологического квеста «Семейный лабиринт»;
в 2019 году — Межрегиональный научно-практический семинар «Вопрос про ЭкоПрос. Опыт и перспективы экологического просвещения», посвященной 15-летию создания экспозиции «Растения Красной книги города Москвы» и 10-летию проекта «Россия заповедная: особо охраняемые природные территории»;
в 2022 году — юбилейная конференция, посвященная 100-летию музея «Современный музей: традиции, инновации, стратегии».
Сотрудники музея ведут научную работу по следующим темам: «Биологические основы контроля численности грызунов», «Экологическое воспитание в христианских конфессиях», «Лекарственные растения Подмосковья: интродукционные, экологические и образовательные аспекты», «Многолетние изменения численности обыкновенного канюка и ястреба-тетеревятника в Европейской России под влиянием природных и антропогенных факторов», «Культура и население Индии: этнографические и антропологические аспекты»
По научным темам публикуются научные и научно-популярные статьи, а также сотрудники принимают участие в работе научно-практических конференций.
Научные сотрудники музея участвуют с докладами в работе различных научно-практических конференций, постоянно действующих семинаров, школ по проблемам музееведения, публикуют научные статьи.
Музей издаёт путеводители, каталоги, буклеты; выпускает методические материалы к оригинальным музейным программам.
