Benesch bol priekopníkom v štúdiu molekulárnych mechanizmov regulácie neurónových génov a ich zapojenia do neurodegeneratívnych porúch, akými sú Alzheimerova a Huntingtonova choroba. Jej výskum sa zameral na génovú expresiu v mozgu a úlohu špecifických proteínov vo vývoji a funkcii nervového systému. Zaujímalo ju najmä pochopenie molekulárneho základu pamäti a učenia a to, ako mozog reguluje expresiu génov v reakcii na environmentálne podnety.
Napísala viac ako 250 vedeckých prác a bola editorkou niekoľkých kníh a časopisov, vrátane Annual Review of Neuroscience a Journal of Molecular Neuroscience. Pôsobila aj v redakčných radách niekoľkých ďalších časopisov vrátane Nature, Science a Cell.
Za svoj výskum získala množstvo ocenení a vyznamenaní, vrátane Ceny Emila von Behringa v roku 1978, Humboldtovej ceny v roku 2004 a Veľkého kríža Rádu za zásluhy Nemeckej spolkovej republiky v roku 2008. Bola členkou Berlínskeho zväzu - Brandenburská akadémia vied, Nemecká národná akadémia vied Leopoldina a Národná akadémia vied USA.
Benesch bola všeobecne považovaná za jednu z najvplyvnejších neurovedcov svojej doby a jej práca mala trvalý vplyv na túto oblasť. Bola inšpiratívnou mentorkou mnohých mladých vedcov a bude si ju pamätať pre jej oddanosť vede, jej vášeň pre výskum a jej neochvejné odhodlanie pochopiť záhady mozgu.