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

У 2018 році в Українському інституті науково-технічної і економічної інформації зареєстровані науково-дослідні роботи: «Пам’ятки комплексу історичного середмістя Чернігова»«Монастирські ансамблі Болдиних гір». Вивчення зазначених тем заплановано на період 2018-2023 рр.

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 2019 році підготовлено та видано збірник наукових праць «Карнабідівські читання», випуск 4 (березень). Він включає апробовані матеріали наукової конференції «Карнабідівські читання», які проходили в Національному архітектурно-історичному заповіднику «Чернігів стародавній» 4-5 жовтня 2018 року.

Проведено Міжнародну наукову конференцію «Дослідження пам’яток культурної спадщини Придніпров’я» (до 950-річчя заснування Антонієвих печер м. Чернігова), (10-11 жовтня). За її результатами розпочато опрацювання матеріалів для видання збірника наукових праць «Чернігівські старожитності».

До 950-річчя заснування Антонієвих печер видано наукову книгу «Антонієві печери Чернігівського Троїцько-Іллінського монастиря: 950 років», її підготували наукові співробітники Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній» (жовтень).

Вийшла друком книга відомого дослідника Гетьманщини, заслуженого журналіста України Сергія Павленка «Україна доби Івана Мазепи. 1708–1709 роки в документальних джерелах» (Національний історико-культурний заповідник «Гетьманська столиця», Національний архітектурно-історичний заповідник «Чернігів стародавній», редакція наукового журналу «Сіверянський літопис»).

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

– науковій конференції «Гетьман І.С. Мазепа та Чернігівщина» (21 березня, м. Чернігів), організатори: Навчально-науковий інститут історії та соціогуманітарних дисциплін ім. О.М. Лазаревського Національного університету «Чернігівський колегіум» ім. Т.Г. Шевченка, Чернігівський обласний історичний музей ім. В.В. Тарновського, Національний архітектурно-історичний заповідник «Чернігів стародавній», Чернігівський обласний художній музей ім. Г. Галагана, Чернігівська обласна організація Національної спілки краєзнавців України;

– XХVІІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Нові дослідження пам’яток козацької доби в Україні» (21-22 березня, м. Київ), організатор: Центр пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури;

– Всеукраїнській науково-практичній конференції «Україна у світовому історичному вимірі» (26 квітня, м. Маріуполь), організатори: Маріупольський державний університет, Інститут історії України НАН України, Інститут археології НАН України, Національна спілка краєзнавців України;

– Міжнародній науково-практичній конференції «Стратегії та модуси соціального буття сучасної людини: захист та допомога» (17 травня, м. Чернігів), організатор: Національний університет «Чернігівський колегіум» ім. Т.Г. Шевченка;

– XVІІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції «Сіверщина в історії України» (29–31 травня, м. Глухів Сумської області), організатор: Національний заповідник «Глухів»;

– XVII Міжнародній науковій конференції «Церква — наука — суспільство: питання взаємодії», організатор: Національний Києво-Печерський історико-культурний заповідник, 1 червня у Чернігові відбулося засідання виїзної секції «Церковна археологія Лівобережної України»;

– ІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції «Вивчення, збереження і використання об’єктів археологічної спадщини: проблеми та перспективи» (6-7 червня, смт. Мирне Запорізької області), організатор: Національний історико-археологічний заповідник «Кам’яна Могила»;

– VІІ історико-генеалогічних читаннях «Родові таємниці Сіверянського краю» (14 вересня, м. Новгород-Сіверський Чернігівської області), організатор: Новгород-Сіверський історико-культурний музей-заповідник «Слово о полку Ігоревім»;

– Міжнародному круглому столі «Спадщина Скоропадських крізь століття» (15 серпня, м. Шостка Сумської області), організатори: Інститут історії України НАН України, Сумська обласна державна адміністрація, Шосткинська міська рада, Східноєвропейський дослідний інститут ім. В’ячеслава Липинського (Філадельфія, США), Національна спілка краєзнавців України, Центр вивчення українського консерватизму ім. В’ячеслава Липинського, Науково-дослідний інститут історії архітектури та містобудування;

– «Дубенські наукові читання», до 85-річчя музейної справи на Дубенщині (27 вересня, м. Дубно Рівненської області), організатори: Управління культури і туризму Рівненської обласної державної адміністрації, Державний історико-культурний заповідник м. Дубна;

– Міжнародній науковій конференції «Дослідження пам’яток культурної спадщини Придніпров’я» (до 950-річчя заснування Антонієвих печер м. Чернігова), 10-11 жовтня, м. Чернігів, організатори: Національний архітектурно-історичний заповідник «Чернігів стародавній», Центр пам’яткознавства Національної академії наук України і Українського товариства охорони пам’яток історії та культури;

– Міжнародній науковій конференції «Реставрація пам’яток архітектури в умовах високого рівня ґрунтових вод та підвищеної вологості інтер’єрів» (24-25 жовтня, м. Київ), організатори: Міжнародний центр вивчення питань збереження та відновлення культурних цінностей (ICCROM) та Національний Києво-Печерський історико-культурний заповідник;

– Науково-практичній конференції «Наукова атрибуція творів, експертиза та оцінка культурних цінностей», (24-25 жовтня, м. Київ) організатори: Національна академія керівних кадрів культури і мистецтв, Центр експертизи, експертизи, оцінки та реставрації культурних цінностей;

– «Дев’яті Шрагівські читання» (до 100-річчя від дня смерті І. Шрага), організатор: Навчально-науковий інститут історії та соціогуманітарних дисциплін ім. О.М. Лазаревського Національного університету «Чернігівський колегіум» імені Т. Шевченка (28 листопада, м. Чернігів);

– XXIV Міжнародній науковій конференції «Могилянські читання: Пам’ять і спадщина Мазепиної доби: вивчення, збереження, осмислення» (5-6 грудня, м. Київ), організатор: Національний Києво-Печерський історико-культурний заповідник;

– XХХVІІ Міжнародній краєзнавчій конференції молодих вчених «Сучасне краєзнавство в міждисциплінарному вимірі», до 175-річчя з дня народження І.Ю. Рєпіна (6 грудня, м. Харків), організатор: Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна.

Наукові співробітники заповідника взяли участь в археологічних дослідженнях під час проведення капітального ремонту «нижньої» частини Валу (парку ім. Коцюбинського). 

Надавалася допомога у проведенні археологічних досліджень на території колишнього Борисоглібського монастиря (на Валу), які здійснювала Чернігівська археологічна експедиція за участю викладачів та студентів Національного університету «Чернігівський колегіум» ім. Т. Шевченка. Розкопки проходили у рамках «Обласної цільової програми археологічних досліджень у Чернігівській області на 2013–2020 рр.», затвердженої рішенням Чернігівської обласної ради від 29 березня 2013 р.

Проводилася співпраця, відповідно до укладених угод, з Національним університетом «Чернігівський колегіум» імені 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, Музеєм історії Десятинної церкви, Центром культури та історії Київської Русі «Парк Київська Русь», Мезинським народним археологічним науково-дослідним музеєм. Мета: взаємодія установ для проведення науково-дослідницької та просвітницької діяльності.

У заповіднику працюють два кандидати історичних наук, народний архітектор України та один заслужений працівник культури України.