Одним із головних напрямків діяльності Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» є науково-дослідницька робота.

У серпні 2013 року в Українському інституті науково-технічної і економічної інформації зареєстровані науково-дослідні роботи: «Пам’ятки археології та архітектури Чернігівського Дитинця», «Комплекс сакральних і культових споруд Болдиногірської гряди». Метою виконання науково-дослідних робіт є комплексне вивчення пам’яток історії та архітектури, які знаходяться на балансі заповідника. У рамках цих робіт розроблено п’ятирічний план виконання досліджень.

Наукові співробітники здійснюють дослідження зазначених науково-дослідних робіт в архівних і бібліотечних установах Києва, Чернігова, а також інших міст України і за кордоном. Матеріали досліджень публікуються у регіональних, всеукраїнських та міжнародних наукових виданнях, використовуються для проведення екскурсій і лекцій, у популяризаторській роботі. Видаються книги, наукові збірники, каталоги.

З метою наукового студіювання та осмислення культурно-історичної спадщини Чернігова, привернення уваги громадськості до проблем реставрації, вивчення та охорони пам’яток архітектури Чернігова у 1999 році започатковані наукові читання «Чернігівські старожитності».

У 2008 році прийнято рішення заснувати щорічний збірник «Чернігівські старожитності». Він видається за підсумками наукових конференцій.

5 липня 2012 року керівництвом Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» та Центру пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури підписано договір про спільне видання збірника наукових праць. 13 серпня 2012 року він, як періодичне видання, зареєстрований Державною реєстраційною службою України.

У 2013 році започаткована наукова конференція «Карнабідівські читання». Мета: привернути увагу до пам’яткоохоронної та краєзнавчої діяльності на Чернігівщині в ХІХ — на поч. ХХІ століть, а також питань збереження старожитностей Чернігова, відновлення пам’яток архітектури та історії Чернігово-сіверського краю.

У 2016 році підготовлено та видано два збірника наукових праць «Чернігівські старожитності»: (випуск 3 (6) за матеріалами наукової конференції «Бароко в архітектурі Чернігівщини»; випуск 4 (7) за матеріалами Міжнародної наукової конференції «Печери та монастирі в історії України» (на пошану Володимира Руденка).

Науковими співробітниками Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» підготовлено матеріали для монографії про дослідження пам’яткоохоронної діяльності історико-культурних заповідників.  Її заплановано надрукувати у 2017 році Центром пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури (науково-дослідний проект «Охорона культурної спадщини історико-культурними заповідниками українського Північно-Дніпровського Лівобережжя»).

30 травня 2016 року у Чернігівській міській центральній бібліотеці ім. М. Коцюбинського відбулася офіційна церемонія нагородження лауреатів конкурсу «Краща книга року — 2015». Серед переможців конкурсу — книга «Катерининська церква в Чернігові», яка отримала перше місце в номінації «Науково-популярна література». У ній розглядається історія побудови храму, особливості його архітектури та піднімаються питання історії церкви протягом трьохсот років її існування).

Видання надруковане у 2015 р. з нагоди 300-річчя освячення унікальної архітектурної пам’ятки доби козацького відродження.

Підготували книгу: заступник генерального директора з наукової та культурно-просвітницької роботи Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» Алла Доценко (керівник авторського колективу), молодший науковий співробітник Ірина Шевчик та науковий співробітник заповідника Сергій Сергєєв; кандидат мистецтвознавства Анатолій Адруг; старший науковий співробітник Чернігівського обласного історичного музею ім. В. Тарновського Віра Зайченко; старший науковий співробітник Навчально-наукового інституту історії, етнології і правознавства ім. О. Лазаревського Юрій Ситий; журналіст Дмитро Сіліч; протоієрей, настоятель Катерининської церкви о. Роман (Кіник); голова Парафіяльної ради православної козацької громади Андрій Лісовий.

Керівник проекту — генеральний директор Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» Юрій Соболь, фотозйомка — фотохудожника Миколи Турчина.

Започатковано серію популярних видань про пам’ятки архітектури Чернігова та його історію. У 2016 році підготовлено та видано дві ілюстровані науково-популярні брошури:  «Чернігівський «Вал» (нарис присвячений Дитинцю — історичній частині міста Чернігова та пам’яткам, які знаходяться на його території); «Легенди Болдиних гір» (присвячений Болдиним горам — одній з мальовничих історичних частин Чернігова — оповитих низкою легенд та переказів).

Наукові співробітники Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» надали допомогу у підготовці та виданні збірника конференції «Питання мови, справа буття нації» (проводилася 21 лютого, у Міжнародний день рідної мови, за ініціативи Чернігівського обласного об’єднання Всеукраїнського товариства «Просвіта»). Збірник презентовано 5 жовтня у Київському будинку вчителя та 15 жовтня 2016 р. у Чернігові, у приміщенні товариства «Просвіта».

Наукові співробітники заповідника підготували статті та взяли участь у наукових конференціях:

– XXV-ій Міжнародній науково-практичній конференції «Нові дослідження пам’яток козацької доби в Україні» (23-24 березня, організатор: Центр пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури);

– Археолого-етнографічній науковій конференції «Коріння української нації, як складова загальноєвропейської цивілізації» (21 травня, організатор: Національний університет «Чернігівський колегіум» імені Т.Г. Шевченка);

– XV-ій науково-практичній конференції «Сіверщина в історії України» (25-27 травня, організатор: Національний заповідник «Глухів»);

– XV-ій науково-краєзнавчій конференції «Досягнення та тенденції розвитку охорони, дослідження та реставрації пам’яток історії і архітектури Східної Європи» (24 червня, організатор: Державний історико-культурний заповідник «Межибіж»);

– ІV-их Міжнародних Спаських наукових читаннях, присвячених 125-річчю від дня народження Є.Ю. Спаської та 50-річчю створення Ніжинського краєзнавчого музею (21-23 вересня, організатори: Ніжинський краєзнавчий музей імені І. Спаського, Центр пам’яткознавства та Інститут історії Національної академії наук України, Ніжинський державний університет ім. М. Гоголя, Ніжинська міська рада);

– ІІ-ій Міжнародній історико-краєзнавчій конференції «Наукові студії М.І. Сікорського» (6-7 жовтня, організатор: Національний історико-етнографічний заповідник «Переяслав»);

– ІХ-их Батуринських читання, присвячених 340-й річниці об’єднання України під владою гетьмана І. Самойловича (3-4 листопада, організатор: Національний історико-культурний заповідник «Гетьманська столиця»);

– науковій конференції «Чернігівський історичний музей імені В.В. Тарновського: історія, колекції, співробітники» (до 120-річчя заснування Чернігівського історичного музею), 30 листопада-1 грудня, організатор: історичний музей ім. В.В. Тарновського;

– XXI-их Міжнародних Могилянських читаннях «Музейництво і пам’яткоохоронна справа України: традиції та виклики сьогодення (до 90-річчя заснування Національного Києво-Печерського історико-культурного заповідника)», організатор: Національний Києво-Печерський історико-культурний заповідник, 2 грудня.

Проведено ІІІ Карнабідівські читання «Історико-культурна спадщина Чернігово-Сіверського краю» (16-17 грудня). Організатори: Національний архітектурно-історичний заповідник «Чернігів стародавній», Центр пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури.

Наукові співробітники заповідника взяли участь у підготовці звітів про археологічні дослідження у 2015 році на території Валу та про архітектурно-археологічні дослідження Іллінської церкви (дослідження проводилися Чернігівською експедицією Чернігівського національного педагогічного університету ім. Т.Г. Шевченка спільно із співробітниками Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» у рамках виконання «Програми археологічних досліджень в Чернігівській області на 2013–2020 роки»).

14 січня 2016 року на прес-конференції у Колегіумі учасники згаданих досліджень (науковці заповідника та університету), а також керівники цих установ прозвітували про результати згаданих досліджень у 2015 році.

У 2016 році проведені архітектурно-археологічні дослідження забудови стародавньої міської фортеці-дитинця та Іллінської церкви м. Чернігова (розкопки проводилися Чернігівською експедицією Чернігівського національного педагогічного університету ім. Т.Г. Шевченка спільно із співробітниками Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» з 21.06.2016 р. по 15.07.2016 р., з 01.09.2016 р. по 30.09.2016 р.). Розпочата підготовка звітів про згадані дослідження.

Проводилася співпраця, відповідно до укладених угод, Чернігівським національним педагогічним університетом ім. Т.Г. Шевченка, Центром пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури, Національною академією образотворчого мистецтва і архітектури, Українським інститутом національної пам’яті, Чернігівським державним інститутом економіки і управління, Музеєм історії Десятинної церкви, Центром культури та історії Київської Русі «Парк Київська Русь». Мета: взаємодія установ для проведення науково-дослідницької та просвітницької діяльності.