La investigación científica y tecnológica en Cataluña ha reportado valiosas aportaciones al conocimiento universal. Entre muchos ejemplos, cabe mencionar al inventor del submarino, Narcís Monturiol (1819-1885), al astrónomo Josep Comas i Solà (1868-1937), primer director del Observatorio Fabra de Barcelona y descubridor de varios cometas y asteroides, o al botánico Pius Font (1888-1964), que fundó el Departamento de Botánica del Museo de Ciencias Naturales de Barcelona. El impulsor de la meteorología y la climatología en Cataluña fue Eduard Fontserè (1870-1970), mientras que en geología destacó Jaume Almera (1845-1919) y en el campo de la medicina, el anatomista y cirujano Antoni de Gimbernat (1734-1816).
En el siglo XX, la cultura catalana cuenta con pioneros que han abierto caminos innovadores en la investigación. El primatólogo Jordi Sabater i Pi (1922), introductor del estudio de la etología en el Estado español y descubridor del gorila albino Copito de nieve, y el precursor de la ecología en Cataluña y uno de lo especialistas más importantes del mundo, Ramon Margalef (1919-2004).
En el campo de la medicina hay que mencionar a Josep Trueta (1897-1977), quedesarrolló un método para combatir las infecciones óseas, aplicado por primera vez durante la guerra civil y desgraciadamente exportado durante la Segunda Guerra Mundial, gracias al que se salvaron miles de vidas. Francesc Duran i Reynals (1899-1958), convertido ya en un clásico de la investigación en virología y cancerología, desarrolló su carrera en Estados Unidos, igual que David Cardús (1922-2003), estudioso de los efectos sobre el cuerpo de la falta de gravedad o de una gravedad inferior a la de la Tierra, por lo que participó en la selección de la primera tripulación que los Estados Unidos enviaron al espacio. La colaboración con la NASA también fue una de las labores del bioquímico Joan Oró (1923-2004), fundador y primer director del Departamento de Ciencias Bioquímicas y Biofísicas de la Universidad de Houston (EE.UU.) que realizó varios estudios que pretendían hacer que se entendiera el origen de la vida en el planeta Tierra.
Otro nombre reconocido es el del oftalmólogo Josep Antoni Barraquer (1852-1924), que inventó diversas técnicas quirúrgicas, entre las que destaca una para extraer cataratas. Con él se inició una saga de oftalmólogos que ha llegado ya a la cuarta generación. Actualmente, el Centro de Oftalmología Barraquer de Barcelona es un referente de especialización e investigación constante en esta rama de la medicina. En el ámbito de la urología, es clave el nombre de Antoni Puigvert (1905-1990). La Fundación Puigvert es, desde su creación en 1961, un espacio de investigación y estudio para urólogos de todo el mundo. En el campo de la cirugía plástica destaca Pere Gabarró (1899-1980), que fue su introductor en Cataluña. Desarrolló su carrera en Inglaterra donde se exilió después de la guerra civil. Uno de sus logros fue conseguir un nuevo tipo de injerto de tejidos, llamado en tablero de ajedrez o en sello. Fernando Vidal López (1943-1998) fue famoso por el tratamiento del dolor. Sus aportaciones al progreso de la anestesiología se centraron en la reintroducción de las técnicas de anestesia locoregional y su aplicación en el campo de la terapéutica del dolor, que llevó a la creación de las modernas Clínicas del Dolor. También cabe destacar su labor como jefe de un Servicio de Anestesiología donde creó escuela e impulsó fructíferas líneas de investigación.
Actualmente, nombres como Valentí Fuster (1943), que dirige el Instituto Cardiovascular del Hospital Mount Sinaí de Nueva York, en Estados Unidos, y que ha revolucionado los estudios sobre cardiología, o Joan Massagué (1953), en el campo de la oncología, son reconocidos mundialmente. También destaca Santiago Dexeus (1935), especializado en obstetricia y ginecología, fundador y director del instituto que lleva su nombre, actualmente uno de los centros más consolidados en medicina reproductiva. En su equipo cuenta, entre otros, con Anna Veiga, que participó en el nacimiento del primer bebé probeta de España y actualmente es la directora del Banco de Líneas Celulares del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona.
Respecto a las instalaciones científicas, uno de los proyectos más destacados es la construcción de un sincrotrón (acelerador de electrones) en Cerdanyola del Vallès (Barcelona) que será el único del sur de Europa. También hay que destacar la inauguración en el 2006 del Parque de Investigación Biomédica de Barcelona.