В организации музея принимали активное участие выдающиеся представители отечественной науки и культуры: П.А. Флоренский, Ю.А. Олсуфьев, А.Н. Свирин, Т.Н. Александрова-Дольник, П.Н. Каптерев, И.Е. Бондаренко, Н.М. Щекотов, П.П. Муратов и другие. Ими был заложен прочный фундамент его научно-исследовательской деятельности.

Регистрация коллекций осуществлялась на основе их глубокого изучения. Описи, каталоги, обзоры выставок, статьи, доклады, исследования, путеводители, изданные в 1920-е гг. тиражами от 100 до 500 экземпляров, являются в настоящее время библиографической редкостью и сохраняют свое научное значение. Тщательное и интенсивное обследование архитектурных памятников Троице-Сергиевой лавры позволило своевременно приступить к реставрационным работам.

Впоследствии научная работа в музее осуществлялась под руководством Ученого Совета, созданного в 1939 году. В разные годы в него входили известные отечественные ученые: А.В. Арциховский, И.Э. Грабарь, С.В. Бахрушин, Т.В. Николаева, М.А. Ильин, Г.И. Вздорнов, М.А. Некрасова, Э.А. Смирнова, О.А. Белоброва, Н.А. Маясова и другие.

Значительный вклад в научно-исследовательскую деятельность внесли сотрудники, пришедшие в музей в 1940-1950-е гг. – Ю.А. Лебедева, Н.А. Маясова, Т.В. Николаева, И.И. Бурейченко, О.А. Белоброва, О.Н. Есипова, О.В. Круглова, Л.Э. Калмыкова, Т.Н. Кедрова, Е.Н. Клитина, Л.Н. Бойкова.