โรงเรียนสาธิตจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยฝ่ายมัธยม เป็นสถานปฏิบัติการวิจัยของคณะครุศาสตร์ จึงมีหน้าที่หลักที่นอกเหนือจากการจัดการเรียนการสอนที่ดีแล้วจะต้องผลิตงานวิจัยสร้างองค์ความรู้ใหม่ในศาสตร์ของการมัธยมศึกษาเพื่อนำความรู้ที่ได้ไปใช้ในการพัฒนาการจัดการเรียนการสอนอีกทั้งนำความรู้ ผลงานวิจัยที่น่าเชื่อถือเผยแพร่ ให้บริการทางวิชาการแก่สังคม  สถาบันทางการศึกษา นอกจากนี้ยังทำหน้าที่วิจัยสถาบันเพื่อเป็นข้อมูลในการตัดสินใจในการดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ของโรงเรียนให้ดีขึ้น  โดยการนำผลการประเมินโครงการมาเสนอแนะให้มีการแก้ไขปรับปรุงในการดำเนินงานครั้งต่อไป  ฝ่ายวิจัยฯยังให้ความร่วมมือกับสถาบันการศึกษาอื่นในการเก็บรวบรวมข้อมูลเมื่อพิจารณาแล้วเหมาะสม

ฝ่ายวิจัยและบริการวิชาการมีภาระงานหลักสองด้านคือ ด้านที่เกี่ยวกับการวิจัยและด้านที่เกี่ยวกับการบริการทางวิชาการการดำเนินการจะลุล่วงได้ภายใต้การบริหารงานของคณะกรรมการซึ่งประกอบด้วย
1. คณะกรรมการที่ปรึกษา ได้แก่ผู้อำนวยการ อดีตรองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยฯ รองคณบดีฝ่ายวิจัย คณะครุศาสตร์และคณาจารย์ภาควิจัยฯ
2. คณะกรรมการดำเนินงาน ได้แก่ รองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยฯเป็นประธาน  ผู้ช่วยผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยเป็นรองประธาน  ผู้แทนอาจารย์จากกลุ่มสาระ/ กิจกรรมพัฒนาผู้เรียน เลขานุการฝ่ายฯ และผู้ช่วยเลขานุการฝ่าย

นอกจากนี้ยังมีอนุกรรมการตามภารกิจดำเนินงานในแต่ละกิจกรรม
บทบาทหน้าที่สำคัญของฝ่ายวิจัยฯ

1. เร่งพัฒนา  ส่งเสริม และสนับสนุนคณาจารย์ทำวิจัย สร้างองค์ความรู้ใหม่ และนวัตกรรมด้านการมัธยมศึกษา
2. ส่งเสริมการนำองค์ความรู้ที่น่าเชื่อถือจากการวิจัยมาใช้ในการพัฒนาการจัดการเรียนรู้ หรือเป็นประกายในการทำวิจัยต่อไป
3. ทำวิจัยสถาบัน รวมทั้งประเมินโครงการต่างๆ เพื่อนำผลการวิจัยมาใช้ในการตัดสินใจเกี่ยวกับโครงการรวมทั้งการปรับปรุงโครงการต่าง ๆ ที่ดำเนินการอยู่ให้ดีขึ้น
4. เผยแพร่องค์ความรู้ใหม่ที่ได้จากการวิจัยและความรู้หลักทฤษฎีต่าง ๆ ในภารกิจบริการวิชาการ แก่ คณาจารย์และสถาบันการศึกษาทั้งภายในและภายนอกโรงเรียน

การดำเนินงานของฝ่ายวิจัยฯ
แบ่งการดำเนินงานเป็น 2 ส่วนหลัก ๆ คือ  ส่วนการวิจัยและส่วนบริการวิชาการ

1.  การวิจัย   แบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้
     1.1 การวิจัยเพื่อพัฒนาการเรียนการสอน (R&D)  สนับสนุนให้คณาจารย์ทำวิจัย และพัฒนาเพื่อให้เกิดความแข็งแกร่งในการจัดการเรียนรู้ให้นักเรียนและยังสร้างความเป็นผู้นำทางการศึกษาด้วย ดำเนินการโดย
            1.1.1 จัดทำโครงการเพื่อสนับสนุนการทำวิจัยของคณาจารย์
            1.1.2 จัดอบรมเข้าปฏิบัติการ เพื่อทบทวน และเพิ่มพูนความรู้ในเทคนิคการวิจัยแก่คณาจารย์
            1.1.3 สนับสนุนคณาจารย์ให้เข้ารับการอบรมการวิจัยจากสถาบันการศึกษาภายนอก
            1.1.4 หาแหล่งทุนวิจัยภายในและภายนอกทำการประสานงานและประชาสัมพันธ์ให้คณาจารย์ทราบ
            1.1.5 จัดทำงบประมาณในการสนับสนุนการทำวิจัย
            1.1.6 จัดทำเอกสาร เช่น จุลสารเพื่อเป็นแหล่งความรู้ และแหล่งข้อมูลให้แก่คณาจารย์

    1.2 การวิจัยสถาบัน ตามโอกาสและสถานการณ์เพื่อช่วยในการตัดสินใจในนโยบายของโรงเรียน

    1.3 การประเมินโครงการในการจัดกิจกรรมต่าง ๆของโรงเรียน โดยการออกแบบการประเมิน

สร้างเครื่องมือประเมิน เช่น แบบสอบถามลงมือเก็บข้อมูล วิเคราะห์ และสรุปผลการประเมินโครงการ นำเสนอผลการประเมินโครงการเพื่อใช้ปรับปรุงการจัดกิจกรรมในครั้งต่อไป การประเมินโครงการต่าง ๆในแต่ละปีการศึกษา  ได้แก่

1. โครงการเตรียมความพร้อมในด้านสมรรถภาพทางกายของนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่4
2.  โครงการกิจกรรมบ้านใหม่
3.  โครงการปฐมนิเทศและประชุมผู้ปกครองนักเรียนชั้น ม.1 –ม.6
4.  โครงการงานวันคล้ายวันสถาปนาโรงเรียน
5. โครงการกิจกรรมสัมพันธ์ระหว่างโรงเรียนสาธิตจุฬาฯ ฝ่ายมัธยมกับโรงเรียนสมาคมไทย –ญี่ปุ่น
6.  โครงการพิธีถวายเทียนพรรษาและผ้าอาบน้ำฝน
7.  โครงการพิธีไหว้ครู
8.  โครงการพิธีถวายสักการะ และถวายพระพรชัยมงคลเนื่องในวโรกาสเฉลิมพระชนมพรรษาสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ
9.  โครงการกิจกรรมคุยกับคุณครู
10. โครงการพิธีแสดงมุทิตาจิตแด่คณาจารย์และเจ้าหน้าที่ที่เกษียณอายุราชการ
11. โครงการกิจกรรมกีฬาสาธิตสามัคคี
12. โครงการประชุมผู้ปกครองนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่3
13. โครงการประเพณีลอยกระทง
14. โครงการแข่งขันกีฬาสาธิตจุฬาฯ – จิตรลดา
15. โครงการพิธีถวายสักการะและถวายพระพรพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว
16. โครงการกิจกรรมกีฬาสี
17. โครงการกิจกรรมงานปีใหม่
18. โครงการกิจกรรมปัจฉิมนิเทศนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่6
19. โครงการพิธีมอบประกาศนียบัตรนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6
20. โครงการสาธิตวิชาการ
21. กิจกรรมของหน่วยงานภายในโรงเรียน  เช่น กิจกรรมในฝ่าย กิจกรรมในกลุ่มสาระ/กิจกรรมฯลฯ

2.   การบริการวิชาการ  แบ่งเป็น 3  ส่วน  ดังนี้
งานบริการวิชาการภายในจัดอบรมโดยวิทยากรภายในหรือภายนอก เพื่อให้การอบรม/ประชุมเชิงปฏิบัติการให้แก่คณาจารย์และเจ้าหน้าที่ของโรงเรียน
งานบริการวิชาการภายนอกจัดการอบรม/โดยวิทยากรของโรงเรียน ประชุมเข้าปฏิบัติการเพื่อบริการวิชาการ ความรู้แก่บุคคลภายนอกซึ่งอาจจะจัดขึ้นในโรงเรียนหรือในสถาบันอื่น
งานบริการวิชาการโดยการประสานกับหน่วยงานภายนอกหรือโดยได้รับการสนับสนุนจากภายนอกโดยมีคณาจารย์ของโรงเรียนหรือบุคคลภายนอกเป็นวิทยากรให้การอบรมสนับสนุนคณาจารย์ของโรงเรียนเป็นวิทยากรโดยการเชิญจากภายนอกตามความเหมาะสม

ในการนี้ฝ่ายวิจัยฯจัดทำระบบข้อมูลของคณาจารย์ในการให้บริการทางวิชาการการศึกษา และข้อมูลของผู้เข้ารับการอบรมที่โรงเรียนจัดขึ้นตลอดเพื่อเป็นฐานข้อมูลต่อไป