Науково-дослідна робота є одним із ключових пріоритетів діяльності кафедри біології Вінницького державного педагогічного університету імені Михайла Коцюбинського. Вона об'єднує фундаментальні та прикладні дослідження в галузі фізіології та біохімії рослин, моніторингу біорізноманіття, екології, анатомії та фізіології людини, а також методики викладання біологічних дисциплін.
Наукові здобутки кафедри відображені в численних публікаціях у провідних вітчизняних та закордонних виданнях (зокрема тих, що індексуються в міжнародних наукометричних базах Scopus та Web of Science), патентах на винаходи та корисні моделі, монографіях та підручниках. На кафедрі функціонує офіційно зареєстрована наукова школа з фізіології росту і розвитку рослин, в межах якої здійснюється підготовка наукових кадрів та виконуються міжкафедральні й науково-виробничі дослідження.
Важливою складовою академічного середовища є залучення здобувачів вищої освіти до наукової роботи з перших років навчання через участь у студентських наукових гуртках, конференціях, конкурсах студентських наукових робіт та виконання кваліфікаційних досліджень.