Відділ забезпечує ведення фондово-облікової документації згідно інструкції, організовує суворий облік музейної збірки, науковий опис (паспортизацію) предметів, забезпечує повне збереження музейних предметів, які знаходяться в фондах і експозиції музею.

Впродовж року до фондів надходить понад 3 тис. нових предметів, близько 10 тис. одиниць зберігання видаються для експонування на стаціонарних, пересувних виставках.

Науково-методичний відділ Вінницького обласного краєзнавчого музею надає методичну та практичну допомогу з питань музейного будівництва, поліпшення роботи музеїв, обліку та збереження музейних колекцій, удосконалення та оновлення діючих і створення нових музейних експозицій.

Науково-дослідницька робота відділу спрямована на вивчення та дослідження природи краю, висвітлення екологічних проблем Вінниччини на сучасному етапі. За результатами цих досліджень написані лекції та екскурсії «Зникаючі види флори і фауни Вінниччини та заходи щодо їх збереження», «Лікарські рослини Вінниччини», «Внутрішні води Вінницької області», «Мешканці екосистем Вінниччини», «Тваринний світ нашого краю», «Кліматичні особливості Вінницької області» та інші.

Основними напрямками науково-дослідницької роботи відділу є: історія Поділля з литовської доби і до початку ХХ ст.; розвиток козацтва на теренах краю; духовна та матеріальна культура українців Східного Поділля, зокрема звичаї українців у народному календарі, весільні обряди, ремесла та промисли подолян тощо; історія конфесійних культур Поділля, особливості релігійного життя краю, сакральне мистецтво.

Предметом експозиційної роботи та наукових досліджень працівників відділу є всебічне вивчення історії Вінниччини 1917-2014 рр. Пріоритетними напрямки роботи є дослідження Української революції 1917-1920 рр. на теренах Поділля, зокрема, участь вінничан в урядах УНР, Гетьманату, Директорії, висвітлення злочинної більшовицької політики в часи Голодоморів 1921-1923, 1932-1933, 1946-1947 рр., репресій 1920-1950 рр. на Вінниччині.

Сьогодні завданням відділу є якомога повніше задовольнити потреби людей у пізнанні власної минувшини, донести до відвідувачів новітні напрацювання усього колективу музею, сформувати ціннісне ставлення до національного культурного надбання, викликати бажання спілкуватися з музейними раритетами.

Виставкова діяльність музею, що є найбільш мобільним підрозділом музейної експозиції, спрямована як на тих, хто є нашими постійними відвідувачами, так і тим, хто тільки відкриває для себе духовну скарбницю рідного краю, а також гостям міста, що прагнуть скласти реальну і повну картину життя регіону.

Відділ військової історії займається дослідженням історії Другої світової війни та війни в Афганістані 1979-1989 рр. Відділ проводить різноманітні заходи з нагоди визначних та пам’ятних дат: Днів визволення Вінниці та області, України від фашистських загарбників, Перемоги, партизанської слави.