Trường Đại học Sư phạm Hà Nội là đơn vị trọng điểm trong nghiên cứu khoa học và ứng dụng khoa học giáo dục của ngành. Từ năm 2010 đến tháng 8/ 2016, Trường có tổng số đề tài các cấp là 1.198 đề tài. Trong đó: Đề tài độc lập, đề tài thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước là 04; Đề tài nghiên cứu cơ bản cấp Nhà nước (NAFOSTED) là 82; Đề tài, nhiệm vụ cấp Bộ là 170; Hợp tác song phương 01; Đề tài Sở, ngành khác là 04; Đề tài, nhiệm vụ trọng điểm cấp trường là 15; Đề tài cấp Trường là 434.
Từ 2010 đến 6/2016 Trường có hơn 5100 sản phẩm khoa học, trong đó hơn 700 bài báo khoa học đăng trên tạp chí quốc tế, trong tạp chí khoa học có chỉ số ISI là 310. Bài đăng ở tạp chí chuyên ngành trong nước là hơn 2000. Bài tham gia hội thảo khoa học hàng năm có hơn 200. Theo đánh giá của Bộ KHCN giai đoạn 2011- 2015 Trường ĐHSPHN là một trong những đơn vị đào tạo có kết quả hoạt động khoa học được đánh giá cao: đứng thứ 4 toàn quốc về công bố ISI, sau 2 đại học quốc gia và đại học Bách khoa Hà nội.
Nhiều cán bộ của trường đã trở thành những nhà khoa học tầm cỡ quốc gia, quốc tế, nhiều người đã vinh dự được nhận các giải thưởng lớn của Nhà nước và quốc tế: 16 Giải thưởng Hồ Chí Minh, 15 Giải thưởng khoa học Nhà nước, 1 giải thưởng quốc tế Cosmos, 1 giải thưởng Nhân tài đất Việt, 1 giải thưởng tập thể Sáng tạo KHCN Việt Nam VIFOTEC 2014…
Trường ĐHSP Hà Nội cũng là trường có thành tích cao trong công tác sinh viên nghiên cứu khoa học. Hàng năm Trường có hơn 600 công trình NCKH của sinh viên, Trường liên tục có nhiều sinh viên đạt giải cao trong nghiên cứu khoa học cấp Bộ. Tính đến năm 2015 sinh viên ĐHSP Hà Nội đã đạt tổng cộng 98 giải thưởng NCKH cấp Bộ, trong đó: 12 giải Nhất, 18 giải Nhì, 18 giải Ba và nhiều giải khuyến khích, 6 giải Nhất, 4 giải Nhì của Giải thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam VIFOTEC. Với những thành tích nổi bật trong hoạt động sinh viên NCKH, Trường đã 2 lần được Thủ tướng Chính phủ tặng Bằng khen. Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng đã tặng 19 bằng khen cho các tập thể và cá nhân về thành tích sinh viên nghiên cứu khoa học từ 2006 – 2016.