На кафедре выполняются исследования в области астрономии, космической геодезии, геодезии, фотограмметрии и дистанционного зондирования  Земли.

 Астрономические исследования выполняются в области астрофизики, движения комет, метеоров, астероидов; изучения гравитационных полей планет Солнечной системы; изучения Луны.

Исследования проводятся совместно с астрономическими подразделениями университета: научно-исследовательской лабораторией астрофотометрии и звёздных атмосфер (НИЛ АЗА), Астрономической обсерваторией им. В.П. Энгельгардта (АОЭ), Северо-Кавказской астрономической станцией (СКАС), Российско-Турецким телескопом (РТТ).

Научное направление - космические и наземные технологии наблюдений сложных астрофизических объектов и их интерпретация, которое, в основном, посвящено моделированию звёздных спектров на основе отказа от ЛТР, в настоящее время держит статус ведущей школы России в области астрофизики.

Выполнение исследований астрофизических объектов в настоящее время опирается на результаты космических наблюдений, получаемых орбитальной астрофизической обсерваторией Спектр-РГ («Спектр-Рентген-Гамма», «СРГ», SRG) и наземных наблюдений, выполняемых Российско-Турецким телескопом. Проект Спектр-РГ является совместным проектом  Роскосмоса  (АО «НПО Лавочкина»), Германии с участием NASA  (США).

Исследования в области космической геодезии, геодезии, фотограмметрии и дистанционного зондирования  Земли из космоса выполняются для решения задач, направленных на эффективное формирование цифровых пространственных данных и применение результатов космической деятельности в различных сферах экономики.

Для решения исследовательских и учебных задач  кафедра располагает новейшим высокоточным геодезическим оборудованием и программными средствами обработки наблюдательной информации, имеет лицензии на специализированное программное обеспечение геодезического мониторинга BERNEES (Швейцария), GOCA (Германия) и GAMIT/GLOBK (США), позволяющее получать прецизионные решения геодинамического класса для базовых векторов на больших и малых расстояниях.

На кафедре «Астрономии и космической геодезии» функционирует постоянно действующая референцная спутниковая станция KAZN, предназначенная для  решения учебных и исследовательских задач. С 2006г.  на пункте KAZN круглосуточно ведется сбор данных со спутников орбитальных группировок ГЛОНАСС и GPS.  На основе многолетних наблюдений уверенно определен вектор смещения пункта KAZN в масштабах Евразийской платформы, а также выполняются исследования по изучению геодинамических явлений на территории Республики Татарстан и региона Поволжья.

На базе АОЭ создан геодезический метрологический полигон и начата работа по инструментальному оснащению многоцелевой фундаментальной астрономо-геодезической обсерватории, предполагаемой для использования в качестве базы исследовательских практик студентов.

При методической помощи и участии КФУ развернуты и в настоящее время успешно функционируют стационарные базовые спутниковые станции в различных нефтегазодобывающих, земельно-кадастровых и геологоразведочных организаций Республики Татарстан (Казань, Нижнекамск, Набережные Челны, Азнакаево, Альметьевск, Камские Поляны, Буинск и др.), а также стационарные спутниковые станции опорной референцной сети СВПТ-ТАТРOS Республики Татарстан.

На кафедре «Астрономии и космической геодезии» функционирует лаборатория «Дистанционное зондирование», предназначенная для решения учебных и научно-исследовательских задач. Лаборатория оснащена современными цифровыми фотограмметрическими станциями с отечественным программным обеспечением: ScanExs Image Processor,

GeoMixer, FOTOMOD, Мetashape  Professional, Цифровой Глобус.

В рамках сотрудничества между КФУ и АНО «Казанский открытый университет талантов 2.0» (Университет Талантов) формируется кластер дистанционного зондирования, объединяющий лабораторию  «Дистанционное зондирование» КФУ, наземный приёмный аппаратно-программный комплекс Унискан и лабораторию «Дистанционное зондирование» Университета Талантов.

Научно-исследовательская работа направлена на развитие теории и методов обработки материалов аэро- и космической съёмки, применение беспилотных летательных аппаратов. Результаты некоторых исследований защищены патентами и нашли применение в инновационных проектах (Сколково, Фонд содействия инновациям).