Nacionaliniame muziejuje Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės valdovų rūmuose mokslininkai organizuoja, sistemina ir vykdo kultūros, meno, istorijos, archeologijos, architektūros, restauracijos bei kitus mokslinius tyrimus, kartu su mokslo ir studijų institucijomis bei mokslinių tyrimų įstaigomis rengia nacionalines ir tarptautines konferencijas, seminarus, įgyvendina kitus kultūros paveldo tyrimo ir aktualinimo projektus, susijusius su Lietuvos didžiųjų kunigaikščių rūmų istorija. Taip pat rengia nuolatines ir laikinas ekspozicijas, organizuoja parodas bei kitus kultūros ir švietimo renginius, publikuoja tyrimų rezultatus.
Valdovų rūmų muziejus, siekdamas aktualinti Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės istorinį ir kultūrinį paveldą, su kitų šalių partneriais rengia tarptautines parodas Lietuvoje ir užsienyje, keičiasi eksponatais, aktualia muziejine informacija, ikonografija, fotomedžiaga, specialistais ir patirtimi, konsultuojasi rezidencijų atkūrimo, ekspozicijų įrengimo, muziejinių vertybių restauravimo, turizmo informacijos programų rengimo klausimais, įgyvendina bendrus mokslinius tiriamuosius bei kultūrinius projektus.
