Muzeum Ziemi Lubuskiej prowadzi szeroką działalność badawczą i naukową. Badania koncentrują się przede wszystkim na tematyce związanej z historią oraz sztuką miasta i regionu. Istotną rolę odgrywa opracowywanie zbiorów, w tym badania dotyczące proweniencji i atrybucji zabytków. Pracownicy Muzeum prowadzą na bieżąco inwentaryzację, katalogują i opracowują naukowo zabytki nowo pozyskane, a także współpracują z innymi muzami i instytucjami naukowymi oraz udzielają konsultacji merytorycznych. Ważną częścią pracy naukowej jest popularyzowanie jej wyników w formie publikacji oraz wystąpień naukowych.