а) выявление, изучение творчества выдающегося иконописца, его сподвижников, а также других мастеров в подлинниках и в копиях произведений монументальной живописи;
б) популяризация творчества русских мастеров-иконописцев эпохи Андрея Рублёва путем устройства постоянных и временных выставок в помещении музея и вне его, а также путем лекционной работы;
в) популяризация древнерусского зодчества и монументальной росписи, путем издания брошюр, трудов, каталогов и т. п.;
г) изучение, сбор и публикация исторических, графических бытовых и других материалов древнерусской монументальной живописи.
Научная деятельность музея начиналась с двух докладов, посвященных творчеству А. Рублёва. Темой первого: «К вопросу об отражении черт национального характера в творчестве Андрея Рублёва и мастеров его круга», подчеркивалась связь творчества великого иконописца с национальной традицией. Второй доклад: «О связи искусства Андрея Рублёва и мастеров его круга с искусством и культурой Киева и Владимира», был посвящен проблеме преемственности и наследию греко-византийского и древнерусского искусства.
Важнейшей сферой деятельности музея было сотрудничество с различными учреждениями культуры. В послевоенную эпоху, когда еще были очень ощутимы утраты прошедших десятилетий социалистической ломки и Великой Отечественной войны, это было особенно важно. Ведущие сотрудники музея постоянно оказывали помощь различным организациям по проблемам, связанным с древнерусским искусством. Так, музей принимал участие в работах по реставрации живописи в Успенском соборе, в храме Положения риз Пресвятой Богородицы в Московском Кремле, в соборе Святой Троицы в Сергиевом Посаде. Музей одновременно проводил консультации, составлял справки и делал рецензии в работе над «Большой советской энциклопедией», в публикациях журнала «Огонек», издательства «Искусство». Необходимо отметить важность популяризации целей и задач музея в работе со студией научно-популярных фильмов при сьемках фильмов: «Иван Грозный», «Борис Годунов», «Андрей Рублёв». Правда, снимались они в условиях разной внутриполитической ситуации в стране.
Музей широко представлял собрание своих фотографий. Студенты Государственного университета им. Ломоносова, сотрудники Государственной Третьяковской галереи, Государственной центральной художественной реставрационной мастерской, Русского музея, Эрмитажа, Пушкинского дома в Санкт-Петербурге, сотрудники Ярославского областного художественного музея, Софийского музея и музея-заповедника в Киеве стали благодарными посетителями этих фотовыставок. Музей также выполнял важные задания по обследованию артефактов отдела охраны памятников Управления по делам архитектуры. Сотрудники МиАР выезжали в Пучеж и Юрьевец. Наряду с этим, началось формирование уникальной библиотеки музея, где был сосредоточен и фотоархив.
Штат музея первоначально был утвержден в 5,5 единиц: заведующий музеем, научный сотрудник, хранитель музея, комендант, половина ставки бухгалтера и уборщица. В 1951 году штатная единица уборщицы была сокращена Управлением по делам архитектуры на половину, хотя обслуживание и охрана помещения собора требовали наоборот увеличения штата. Согласно Положению музей не располагал еще, предназначенным для него, зданием белокаменного собора, занятого в то время (т. е. в 1949–1950 гг.). Музейная территория располагалась буквально в углу трапезной палаты, находящейся в распоряжении Центральной проектно-реставрационной мастерской. У музея отсутствовала какая-либо возможность хранить подлинные экспонаты, художественные фотографии большого формата снятые с произведений А. Рублёва и мастеров его круга. В то же время они были необходимы и для будущей передвижной выставки.
Большое значение в жизни молодого музея имела и выставочная работа. Одной из первых значимых выставок, стало мероприятие такого рода, организованное сотрудниками в 1954 году. Здесь было представлено 12 цветных документальных копий с древних фресок XI–XV веков, 13 гипсовых слепков с белокаменной резьбы Владимиро-Суздальских храмов XII–XIII веков и 250 фото с фресок станковой живописи и миниатюр. Девять копий были представлены для выставки музеем русской архитектуры СССР и высшим художественно-промышленным училищем (бывшим Строгановским).