Rundāles pils muzejs darbojas kā Latvijas senākā mākslas posma izpētes iestāde, vācot kolekcijas, rīkojot izstādes un sagatavojot publikācijas. Kopš muzeja dibināšanas tā virzība ir bijusi uz zinātnisku iestādi, kas nodarbojas ar Latvijas mākslas senākā posma (laiks pirms latviešu nacionālās mākslas veidošanās 19.gs.) pētīšanu.

Muzeja zinātniskā darbība sākotnēji bija galvenokārt saistīta ar pils izpēti un materiālu vākšanu arhīvos par visas Latvijas arhitektūru, mākslu un amatniecību. Muzeja arhīvs komplektēts no trim galvenajām sadaļām: Rundāles pils , Latvijas baznīcas, Latvijas muižas un pēc atbilstošām zinātniskajām tēmām: Kurzemes hercogistes vēsture, F.B.Rastrelli darbība Latvijā, portreti Latvijā, mākslas amatniecība Latvijā, rokoko stils Latvijas mākslā, Latvijas arhitektūras un mākslas pieminekļi, hercoga piļu būvvēsture, Latvijas baznīcu arhitektūra, lietišķi dekoratīvā māksla Latvijā, 18. gadsimta piļu analoģijas. 1965. gada Latvijas Ministru padomes lēmums par Rundāles pils restaurāciju ievirzīja filiāles darbību pils atjaunošanas un izmantošanas perspektīvā plānošanā. Tika vākti mākslas priekšmeti pils interjeru iekārtošanai, plānotas divas ekspozīcijas - "Lietišķi dekoratīvā māksla Eiropā 16.-20.gs. " un "Latvijas mākslas senākais posms 13.-19.gs." ar baznīcu mākslas pastāvīgo ekspozīciju.

Trešais muzeja darbības virziens ir Latvijas senās mākslas izpēte, apkopošana un atspoguļošana izstādēs un publikācijās. Rundāles pils muzejs balsta savu izstāžu darbu uz sadarbību ne tikai ar Latvijas, bet arī ar ārvalstu muzejiem, privātiem kolekcionāriem, arhīviem, bibliotēkām, reliģiskajām draudzēm un sabiedriskajām organizācijām. Muzeja zinātniskajā arhīvā pēc administratīvi teritoriālā iedalījuma sakārtoti materiāli par Latvijas arhitektūras objektiem un mākslas priekšmetiem tajos, te savākti arhīvu materiālu izraksti par visiem Latvijas mākslas vēstures aspektiem. Savas pastāvēšanas gados muzejs veidojis daudzas nozīmīgas tematiskās izstādes, kuru uzdevums bijis apkopot visus atrodamos eksponātus par konkrēto tēmu no Latvijas un ārzemēm.

Galvenokārt par pamatu ekspozīcijām kalpo muzeja kolekcijas priekšmeti un zinātniskās tēmas izstrāde.

Kopā ar citiem Latvijas muzejiem rīkotas izstādes, kas veltītas noteiktai tēmai un devušas iespēju veidot priekšstatu par kopējo mākslas priekšmetu krājumu Latvijā: 1983. gadā - "Porcelāns". 1984. gadā - "Pulkstenis interjerā". 1986. gadā - "17. gadsimta portrets Latvijā", kas pirmo reizi apvienoja visus materiālus par Latvijā dzīvojušu mākslinieku darbiem vai arī šeit dzīvojošām portretētajām personām. Tika izdots izstādes katalogs.

1987. gadā - "Tērps un laikmets". 1987. gadā - "Alva Latvijas mākslas amatniecībā", kurā bija izstādīti priekšmeti no Latvijas muzejiem un baznīcām. Izstāde deva pilnīgu priekšstatu par alvas meistariem Latvijā, alvas priekšmetu daudzveidību un alvas liešanas tehnoloģiju 18. gadsimtā. Izstādes katalogā apkopotas arī alvas meistaru zīmes.

1989. gadā - "Elejas pils", kurā atspoguļota Elejas pils vēsture no arhitektu projektiem līdz pils drupām, parādot arī īpašnieku dzimtas vēsturi un pils iespaidu uz pārējo Latvijas arhitektūru. Katalogā apkopoti raksti par Elejas pili. Izstāde vairākus gadus tika izstādīta Elejas pārvaldnieka mājā.

1990. gadā - "Sudrabs Latvijas lietišķajā mākslā" veicināja Latvijas sudraba meistaru apzināšanu, priekšmetu identificēšanu. Izstāde sniedza pārliecinošu iespaidu par Latvijas sudrabkaļu spējām. Katalogs izdots divās daļās.

1990. gada beigās - "Ernsts Johans Bīrons 1690 - 1990". Izstāde bija ne tikai Kurzemes hercoga dzīves stāsts, kas ienesa jaunu interpretāciju Ernsta Johana lomas izvērtējumā Krievijas vēsturē, bet arī plašs Kurzemes vēstures atspoguļojums. Izstāde veicināja sadarbības atjaunošanu ar hercoga pēctečiem, kas turpinās joprojām. Katalogi izdoti trīs valodās.

1997. gadā - "F.H.Barizjens un viņa laiks". Izstāde par Kurzemes galma gleznotāju rādīja viņa darbību kopā ar citiem 18.gs. māksliniekiem Latvijā. Pilnīgāku iespaidu sniedza portretu fotoattēli no kara laikā bojā gājušiem darbiem un ārzemēs apzinātām gleznām. Paredzēts izdot katalogu.

1998. gadā - "Muiža zem ozoliem. Ungurmuiža un fon Kampenhauzenu dzimta Vidzemē". Izstāde veidota kā muižas tapšanas un dzimtas vēsture, piesaistot ārzemēs dzīvojošos pēctečus. Tā tapa sadarbībā ar Herdera institūtu Mārburgā, kur tika izstādīts izstādes samazināts variants. Katalogs izdots divās valodās.

2000. gadā - "Kurzeme Eiropā. Hercogs Pēteris, Bīronu dzimta un Kurzemes leģendas". Izstāde veidota, atceroties pēdējā Kurzemes hercoga nāves 200. gadadienu. Šī kultūrvēsturiskā izstāde kļuva par Kurzemes hercogistes dzīves visplašāko atspoguļojumu no hercoga Pētera valdīšanas laika līdz hercogistes pievienošanai Krievijai. Bīronu dzimtas likteņi savukārt parādīja Kurzemes saistību ar dažādām Eiropas zemēm un tās atpazīstamību . Daļa eksponātu tika deponēti no ārzemēm un saņemti no pēctečiem kā dāvinājumi. Ekspozīcija izvietota hercoga apartamentos un otrā stāva izstāžu zālēs Izstādei izdots katalogs.

2002. gadā - "Rundāles pils restaurācijas 30 gadi". Izstāde veidota kā pārskats par restaurācijā paveikto, parādot izpētes materiālus, projektus, izpildītājus, restaurācijas procesus un to stadijas, instrumentus, sponsorus, izlietotās summas un materiālus. Kā sarkanais punkts tika parādītas asākās problēmas restaurācijā.

2003. gadā - "Heraldika Latvijā". Izstāde veidota kā atkārtojums izstādei, kas notika pirms simts gadiem. Tajā bija mēģinājums savākt reiz izstādītos priekšmetus. Liela daļa eksponātu tika atsūtīti no dzimtu arhīviem ārzemēs. Izstāde veidota kā mācību grāmata ar ievadu heraldikas zinātnē, tās zīmēm, terminiem, pielietojumu un attīstības vēsturi. Izstādei tiek gatavots katalogs.

20.gs. 60.gadu baznīcu masveida slēgšana un draudžu likvidācija radīja situāciju, kad sāka iet bojā tajās uzkrātās mākslas vērtības. Toreiz Rundāles pils muzejs kļuva par vietu, kur saplūda viss izglābtais - kokgriezumu iekārtas, gleznas, skulptūras, zvani, kapu pieminekļi, kulta priekšmeti, altāri un kanceles, gleznas, skulptūras, svečturi, lustras, zvani, dievgalda sudrabs. Šī muzeja kolekcijas daļa ir izstādīta staļļu ēkā un pils cokola stāvā, bet atsevišķi iekārtas un ritu priekšmeti ir atgriezušies baznīcās un turpinās tikt atdoti draudzēm. 1983.gadā atvērtā izstāde "Ventspils koktēlnieki " ar Lestenes baznīcas iekārtu un 1996./1997.gada izstāde "Posta laiks" rāda vairāku baznīcu iekārtu priekšmetus un informatīvos materiālus par evanģēliski luterisko baznīcu stāvokli padomju varas gados. Izstādei paredzēts katalogs.

Rundāles pils pirmā stāva plašās telpas deva iespējas plānot īpašu 16.-20. gadsimta lietišķi dekoratīvās mākslas ekspozīciju. 18. gadsimta mākslas darbiem pievienojās gan senāki, gan jaunāki eksponāti, kas stilistiski aptver laika posmu no gotikas līdz jūgendstilam. Parka regulārās daļas - Franču dārza - atjaunošanas projekti un darbu veikšanas hronika apskatāma dārznieka mājā izstādē "Franču regulārā parka atjaunošana Rundālē". Izstādē aplūkojami arī vairāku Eiropas piļu renesanses, baroka un rokoko laikmeta dārzu paraugi.

Tikai sezonas laikā izstāde dārznieka mājā.