Aufgabe der Bauforschung ist es, die Entstehungs-, Umbau- und Nutzungsgeschichte eines Kulturdenkmals zu analysieren, denn das Bauwerk selbst stellt eine wesentliche Geschichtsquelle dar.

Zu den Instrumenten der Bauforschung gehören das verformungsgerechte Bauaufmaß (Bauaufnahme) und die bauhistorische Befundanalyse, mit deren Hilfe sich die historische Struktur eines Gebäudes mit seinen verschiedenen Bauphasen entschlüsseln lässt. Um seine Entstehungszeit herauszufinden, kommen neben stilistisch-typologischen Vergleichen auch naturwissenschaftliche Methoden zum Einsatz, wie die Dendrochronologie (Jahrringmethode). Historische Schrift-, Plan- und Bildquellen können darüber hinaus weitere wertvolle Erkenntnisse liefern, ebenso wie die Auswertung restauratorischer Befunde in Zusammenarbeit mit dem Fachdienst Restaurierung.

Der Fachdienst Bauforschung berät die Referentinnen und Referenten der Landesdenkmalpflege sowie Eigentümer und Planer hinsichtlich der Methoden zur Klärung bauhistorischer Fragestellungen. In Ausnahmefällen führt der Fachdienst selbst Bauaufnahmen, bauhistorische und dendrochronologische Untersuchungen durch. Die Ergebnisse der Bauforschung schaffen eine wichtige Grundlage für denkmalfachliche Entscheidungen. Darüber hinaus geben sie Hinweise für die interdisziplinäre Arbeit am Kulturdenkmal. Aus der Baugeschichte heraus können sich planungs- und erhaltungsrelevante Fragestellungen klären lassen, zum Beispiel die Ursache von Rissen und Setzungen oder unterschiedlichen Erhaltungszuständen. Daher steht die Bauforschung am Beginn eines Projektes, bildet jedoch baubegleitend oft eine sinnvolle Ergänzung.

Zu den Aufgaben des Fachdienstes gehört es auch, landesweit einheitliche Standards für die Qualitätssicherung in der Bauforschung sicherzustellen. Die Bauforschung betreut darüber hinaus das Archiv der bauhistorischen Dokumentationen, das Planarchiv mit etwa 70.000 Plänen und die Sammlung historischer Baumaterialien. Über Publikationen und Tagungen werden die Ergebnisse der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.