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.