Научный отдел создан 1 февраля 2010 года в результате реорганизации музея, в ходе которой были расформированы отделы истории, народного и древнерусского искусства и вместо них созданы отделы, специализирующиеся по формам работы. Основным направлением работы научного отдела является разработка научных проблем по истории Кирилло-Белозерского монастыря и других монастырей Белозерья, искусству и культуре Белозерского края, истории города Кириллова и Кирилловского района. В настоящее время сотрудники отдела работают над следующими темами: «Роль архимандритов в жизни Кирилло-Белозерского монастыря в Синодальный период. 1700 – 1924 годы», «Художественное серебро XV- начала XX веков в собрании КБИАХМз», «Кирилловские часовни». На основе научных исследований готовятся публикации для историко-краеведческих сборников, журналов и газет, а также каталоги выставок и музейных коллекций. Сотрудники отдела готовят сообщения для очередной ежегодной краеведческой конференции «Кирилловские чтения».

Другим важным направлением работы сотрудников отдела является подготовка научной документации и проектов для строительства выставок и экспозиций. В течение 2010 года сотрудники отдела планируют подготовить документацию для строительства экспозиции по истории монастырей Белозерья, реэкспозиции отделов древнерусского и народного искусства Белозерья. Параллельно будет продолжена работа по комплектованию фондовых коллекций новыми материалами.

Помимо названных направлений работы сотрудники проводят тематические и обзорные экскурсии, читают лекции, дают консультации, оказывают содействие краеведам в изучении памятников истории и культуры.