Научно-исследовательская деятельность является одним из приоритетных направлений работы Кирилло-Белозерского музея-заповедника. Однако, в связи с тем, что длительное время в музее не было специалистов, изучение коллекций, начатое в 1920-е годы, возобновилось только в конце 1970-х годов. Полноценно реализовать научный потенциал музея позволило постепенное изменение его статуса и увеличение финансирования на основные виды деятельности. В 1993 году по решению Администрации Вологодской области музей был переведен с районного бюджета на областной. Но еще более ощутимый толчок в развитии дало включение музея – заповедника в 1997 году в Государственный свод особо ценных объектов культурного наследия народов РФ. В течение 2001 – 2003 годов штат музея увеличился почти вдвое, что позволило создать развитую структуру, решить многие проблемы совершенствования деятельности музея. 1 февраля 2010 года в структуре музея был выделен научный отдел, созданный в результате реорганизации музея, в ходе которой были расформированы отделы истории, народного и древнерусского искусства и вместо них созданы отделы, специализирующиеся по формам работы.
Основными направлениями работы научного отдела является разработка тем по истории монастырей Белозерья, искусству и культуре Белозерского края, истории города Кириллова и Кирилловского района, подготовка научной документации и проектов для строительства выставок и экспозиций. Научная деятельность ведётся так же силами сотрудников экспозиционно-выставочного, научно-фондового отделов и отдела по работе с посетителями.
Существуют и некоторые проблемы, среди них удалённость архивов и сезонный характер экскурсионной работы сотрудников музея. Разработку ряда вопросов, таких как изучение истории существования и деятельность певческой школы Кирилло-Белозерского монастыря, исследование состава, веса и звуковых данных колоколов /для восстановления колокольни/, генеалогия боярских и княжеских родов, имевших родовые погребения в Кирилло-Белозерском, Ферапонтовом и Горицком монастырях, монастырские некрополи и прочее, музей вынужден заказывать специалистам узкопрофильных дисциплин – сотрудникам Пушкинского дома, Института искусствознания, Института археологии, ведущих музеев страны.
На настоящий момент тематика научных исследований сосредоточена в двух основных направлениях:
1. История Белозерья.
История монастырского освоения края в ХIII – ХVII веках
Монастыри и монастырские вотчины.
Агиография Белозерья.
ХVIII – XIX века в истории Белозерья.
Усадебный быт.
Приходская община.
Город Кириллов.
XX век в истории Белозерья.
Закрытие монастырей, сельских приходов.
История музея.
2. Художественная культура Белозерья.
Живопись и архитектура ХV – ХVII веков
Иконопись ХVIII – XIX веков
Книжность Белозерья ХIV – XIX веков. Монастырские книжные издания.
Архитектура приходских церквей ХVIII – XIX веков.
Традиционное народное творчество.
Исследования краеведческого характера вызваны не только необходимостью заполнить белые пятна в изучении истории и культуры Белозерья, Кирилло-Белозерского монастыря, г. Кириллова, Кирилловского уезда, осмыслить и выявить роль монастырей и их основателей в духовном, культурном развитии Белозерья. Собранные и систематизированные в результате данной деятельности материалы используются для создания новых экспозиций, реэкспозиции уже построенных выставок.
В настоящее время ведётся работа над изучением следующих научных тем:
1. Тема: «Дворяне Кирилловского уезда». Л.И. Глызина (научный отдел).
2. Тема: «Политические и социально-экономические преобразования в городе Кириллове и Кирилловском уезде в первой четверти XX столетия». А.Н. Каликина (научный отдел).
3. Тема: «Судьбы детей Великой Отечественной войны. Кирилловский район». М.Н. Травникова (отдел по работе с посетителями).
Другим важным направлением научно-исследовательской работы музея является изучение коллекций и их каталогизация. В данном направлении ведётся подготовка и публикация каталогов коллекций и каталогов временных выставок, в которых собраны предметы из собрания музея по тематическому принципу.
Результатом исследований прошлых лет стала публикация первого каталога иконописного собрания ХV – ХVII веков «Иконы Кирилло-Белозерского музея-заповедника» (2003), каталогов крупных межмузейных выставок «Художественное наследие Дионисия» (2002), «Святейший патриарх Никон. К 400-летию со дня Рождения» (2005), «Нил Сорский и основанная им пустынь» (2008).
В 2016 году продолжается изучение и каталогизация музейных коллекций:
1. Каталог «Самовары в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». И.А. Смирнов.
2. Каталог «Монеты XVII-XXI веков в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Л.В. Теребова (научный отдел), М.А. Виноградова (научно-фондовый отдел).
3. Каталог «Художественное серебро XV – начала XX веков в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Е.Г. Щурина (научный отдел).
4. Каталог «Осветительные приборы в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.Н. Каликина (научный отдел).
5. Каталог «Плетеное кружево в собрании музея». Н.С. Гостинщикова (экспозиционно-выставочный отдел).
6. Каталог «Коллекция икон XVII – XVIII века в собрании музея». Л.М. Харлапенкова (экспозиционно-выставочный отдел).
7. Каталог «Фарфор и фаянс в собрании музея». И.А. Гостинщикова (экспозиционно-выставочный отдел).
8. Каталог «Глиняная игрушка в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.В. Веденина (экспозиционно-выставочный отдел).
9. Каталог «Северодвинские прялки в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.А. Бородулина (научно-фондовый отдел).
10. Каталог «Коллекция масляной живописи в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.А. Бородулина (научно-фондовый отдел), В.Н. Новожилова (Музей фресок Дионисия).
11. Каталог «Коллекция народного костюма в собрании Кирилло-Белозерского музея». Т.В. Трубникова (отдел по работе с посетителями).
12. Каталог фотографий «Праздник Победы в Кириллове» из фондов КБИАХМЗ. Л.И. Глызина (научный отдел).
13. Каталог «Раритетные фотоаппараты в собрании музея». И.В. Романова (экспозиционно-выставочный отдел).
14. Каталог «Деревянная мебель в собрании музея». В.В. Мишинцева (экспозиционно-выставочный отдел).
15. Каталог «Торговый инвентарь из коллекции металла Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Е.А. Сизова (научно-фондовый отдел).
16. Каталог «Платки и шали в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Н.В. Красильникова (научно-фондовый отдел).
17. Каталог «Стеклянные бутыли, бутылки, аптекарская посуда в собрании Кирилло-Белозерского музея–заповедника». Н.А. Бакланова (научно-фондовый отдел).
18. Каталог «Кожаные изделия из коллекции «Археология» Кирилло-Белозерского музея-заповедника». С.С. Веселова (научно-фондовый отдел).
19. Каталог «Коллекция графики в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.А. Бородулина (научно-фондовый отдел), В.Н. Новожилова (Музей фресок Дионисия).
20. Каталог «Ярославские прялки в собрании Музея фресок Дионисия». Н.П. Некрасова (Музей фресок Дионисия).
21. Каталог «Росписи алтаря собора Рождества Богородицы. Дионисий. 1502». Е.Н. Шелкова (Музей фресок Дионисия).
Значительная работа по этим направлениям уже проделана в связи с подготовкой проекта создания национального парка "Русский Север" и разработке Охранных зон Кирилло-Белозерского и Ферапонтова монастырей. Ряд научных конференций, организованных музеем, среди которых "Культура Белозерья ХV - XХ веков" и "Собору Рождества Богородицы 500 лет", Кирилловские и Ферапонтовские чтения, подытожили результаты усилий учёных разных профилей и положили начало изданию "Ферапонтовского сборника" и историко-краеведческого альманаха "Кириллов". Последний появился в связи с участием музея в уникальном проекте Вологодской области «Старинные города Вологодской области». С 1994 года по 2009 год музей издал собственными силами 7 историко-краеведческих альманахов и по числу выпущенных изданий вышел в лидеры этой серии.
В последние годы Кирилло-Белозерский музей-заповедник всё чаще становится площадкой для научных конференций, организованных друзьями и партнёрами музея. В 2011 году прошла научная конференция «Школа молодых археологов», на которую съехались археологи из разных концов страны. С 2011 года Кирилло-Белозерский музей-заповедник стал местом проведения ежегодной конференции, организованной Обществом друзей Музея фресок Дионисия.
Важным событием 2014 года стал спецвыпуск журнала «Антиквариат. Предметы искусства и коллекционирования», посвящённый Кирилло-Белозерскому музею-заповеднику. В журнал вошли более двадцати статей, подготовленных сотрудниками музея-заповедника. По мнению редакции издания, это один из лучших номеров, посвящённых Российским музеям.
На сайте музея также можно ознакомиться с результатами изучения научных тем и каталогами коллекций из собрания музея-заповедника, работа над которыми завершена:
Научные темы:
1. Тема «История приходского духовенства Кирилловского уезда конца XIX – начала XX века». Л.И. Глызина.
2. Тема «Кирилловские часовни». Л.И. Глызина.
3. Тема «Кирилловское духовное училище в XIX – XX веках. По материалам отдела письменных источников Кирилло-Белозерского музея-заповедника». И.А. Смирнов, А.В. Смирнова.
4. Тема: «Настоятели Кирилло-Белозерского монастыря». Л.В. Теребова.
5. Тема: «Документы Казанского собора как источник по истории города Кириллова». Л.И. Глызина.
6. Тема: «Учебные заведения города Кириллова в конце XIX – начале XX века». Е.С. Петрушова.
7. Тема: «Детство, опалённое войной» (Дети Великой Отечественной войны в Кирилловском районе). М.Н. Травникова.
Каталоги коллекций:
1. Каталог «Предметы обработки льна в коллекции Музея фресок Дионисия». Г.Н. Лысенкова.
2. Каталог «Замки и ключи X – XX веков в собрании КБИАХМЗ». Л.В. Теребова, М.А. Виноградова.
3. Каталог «Зооморфные подвески ХI – ХIII веков в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». М.А. Виноградова.
4. Каталог «Видовые открытки конца XIX – начала ХХ века из собрания Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Л.И. Глызина.
5. Каталог «Открытки в собрании Кирилло-Белозерского историко-архитектурного и художественного музея-заповедника». М.Л. Тюлютина.
6. Каталог «Художественное серебро XV – начала XX века в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Е.Г. Щурина.
7. Каталог «Произведения Андрея Константиновича Вёдрова в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». А.А. Бородулина.
8. Каталог «Монеты IХ – ХII веков в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». М.А. Виноградова.
9. Каталог «Стенопись собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря. Дионисий. 1502 год. Росписи Никольского придела». Е.Н. Шелкова.
10. Каталог «Собрание живописи в коллекции Музея фресок Дионисия». В.Н. Новожилова.
11. Каталог «Мезенские прялки в собрании Музея фресок Дионисия». Г.Н. Лысенкова.
12. Каталог «Северодвинские прялки в собрании Музея фресок Дионисия». Н.П. Некрасова.
13.Каталог «Музыкальные инструменты в собрании Кирилло-Белозерского музея-заповедника». Л.В. Теребова.
14. Каталог «Арсенал Кирилло-Белозерского монастыря в собрании КБИАХМЗ». А.В. Цветков.
15. Каталог «Визитные карточки в собрании музея». А.Н. Каликина.
16. Каталог «Стеклянные негативы в коллекции музея». М.Л. Тюлютина.
17. Каталог коллекции половиков «Радуга на полу». И.В. Романова.
18. Каталог «Открытки революционной и военной тематики из собрания Кирилло–Белозерского музея–заповедника». Л.И. Глызина.
