Faire progresser la connaissance, l'utiliser pour développer des formations générales ou spécifiques tout en favorisant ses applications dans le domaine économique : tels sont les objectifs majeurs de la recherche à l'ENS de Lyon.

Cette recherche de pointe couvre des champs disciplinaires très larges : mathématiques, informatique, physique, chimie, sciences de la terre, biologie, langues, sciences du langage, science politique, philosophie, sociologie, anthropologie, géographie, histoire, économie, sciences de la communication... Elle est élaborée au sein de 23 unités de recherche, en cotutelles avec de grands organismes de recherche comme le CNRS, l'INSERM, l'INRA, l'INRIA, les HCL... Elle s'appuie sur des équipements de grande qualité, parfois uniques au monde (18 équipements lourds de recherche, des incubateurs, des plateformes technologiques).

Certains de ces travaux de recherche trouvent des applications dans le monde socio-économique, créant de nouveaux emplois. L'ENS de Lyon a ainsi déposé 31 brevets depuis 1994. Elle dispose de 8 licences actives et a donné naissance à 11 start-up incubées.

L'ENS de Lyon développe au niveau national et international des programmes de recherche novateurs. Ici encore, le choix de l'interdisciplinarité permet de mêler approches théoriques et technologiques, d'associer temporairement chercheurs de l'École et d'autres établissements dans le cadre de programmes de recherche communs.

Parallèlement, l'ENS de Lyon se donne les moyens de ses ambitions : elle a développé une cellule d'ingénierie de projets (qui gère 22 programmes de recherche ANR en sciences humaines et sociales et aide les chercheurs à répondre aux appels d'offre nationaux et européens). L'ENS de Lyon administre un « Fonds Recherche » qui finance des projets scientifiques novateurs et interdisciplinaires. Elle développe aussi des « laboratoires juniors », qui permettent aux étudiants de master 2 ou de doctorat de monter pour deux ans leur propre laboratoire de recherche.

Enfin, l'ENS de Lyon bénéficie de soutiens financiers, au niveau régional et national, qui l'aident à développer ses programmes de recherche et à les diffuser.

Le projet d'établissement 2011-2014 est accessible sur l'intranet.