Музей М. В. Ломоносова был открыт в январе 1949 года. Его открытие было приурочено к общему собранию Академии наук, посвященному истории русской науки. Торжественное заседание академии состоялось в циркулярном зале Кунсткамеры. За огромным круглым столом, где когда-то заседала конференция Петровской академии, расположились ведущие советские академики. Перед каждым лежало гусиное перо.
Вступительную речь произнес Сергей Иванович, который сказал: «Открывая Музей Михаила Васильевича Ломоносова в этом здании, освященном для нас памятью личной работы Ломоносова, Академия наук выполняет свой старинный долг перед памятью одного из самых замечательных людей нашего прошлого». В своей речи Вавилов поставил перед музеем конкретные задачи. Он заявил: «Открываемый сегодня Музей Михаила Васильевича Ломоносова должен послужить распространению знаний о Ломоносове, о его науке в широких народных массах. Вместе с тем музей должен быть новым центром для дальнейшего углубленного изучения Ломоносова, для собирания предметов и документов, с ним связанных».
Сам Сергей Иванович внес в ломоносоведение большой вклад. В 1936 году он сделал доклад «Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова» на совместном заседании Академии наук СССР и Московского университета в связи с двухсотдвадцатипятилетием со дня рождения великого ученого. Затем последовала серия превосходных статей о Ломоносове, написанных в разные годы. Среди них особо следует отметить исследование «Ночезрительная труба М. В. Ломоносова», опубликованное во втором томе сборника «Ломоносов». В нем Вавилов впервые привел полное описание изобретенной М. В. Ломоносовым в 1756 году ночезрительной трубы и изложил принцип ее работы. Сведения для этой статьи Сергей Иванович почерпнул из архивных материалов, касающихся многолетней дискуссии об этом изобретении в Петербургской Академии наук, и из заметок самого ученого.
Ценной была инициатива С. И. Вавилова о переиздании научной биографии М. В. Ломоносова «Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова», написанной в 1911 году химиком и историком науки Борисом Николаевичем Меншуткиным, который первым показал выдающееся значение трудов Ломоносова для развития химической науки. Эти труды опережали свое время на сто — сто пятьдесят лет. Труд Меншуткина был переиздан в 1947 году и дополнен новыми материалами. Сергей Иванович написал для книги главу, посвященную оптическим исследованиям Ломоносова, а также принял участие в переработке главы о работах ученого в области земного тяготения.
В своих работах Вавилов всегда старался подчеркнуть преемственность в развитии идей. Это делало его исторические исследования особенно ценными. Мысль о преемственности в науке особенно четко воплощена в его труде об истории физики в Академии наук «Физический кабинет — физическая лаборатория — физический институт Академии наук СССР за 220 лет (1725 — 1945) ».
Никогда не следует забывать имен ученых, заложивших основы современной науки, говорил Сергей Иванович. Он любил повторять: «Юбилеи пройдут, а книги останутся». В годы войны он был инициатором издания специальных сборников, посвященных трехсотлетию со дня смерти Галилео Галилея и трехсотлетию со дня рождения Исаака Ньютона. По его инициативе Академия наук сразу после войны широко отметила трехсотлетие со дня рождения Рене Декарта. В связи с исполнявшимся в 1945 году двухтысячелетием со дня смерти величайшего философа-материалиста древности Тита Лукреция Кара по предложению С. И. Вавилова была переведена и издана его бессмертная поэма «О природе вещей». Глубоко изучив творчество Лукреция, Сергей Иванович в январе 1946 года выступил с докладом «Физика Лукреция» на объединенном заседании отделений физико-математических наук, истории, философии и литературы Академии наук СССР.
Вавилов написал множество статей и очерков о жизни и творчестве выдающихся ученых. Кроме упомянутых, особенно интересны его работы о Христиане Гюйгенсе, Майкле Фарадее, Альберте Абрахаме Майкельсоне, Леонарде Эйлере, Петре Николаевиче Лебедеве, Василии Владимировиче Петрове, Петре Петровиче Лазареве, Поле Ланжевене. Научная деятельность и личность каждого ученого представлены в новом, не освещавшемся ранее аспекте. Особенно интересным для Сергея Ивановича оказалось изучение трудов академика начала ХХ века В. В. Петрова. Вавилов установил, что Петров был первым русским исследователем явлений люминесценции.