Benesch byl průkopníkem ve studiu molekulárních mechanismů regulace neuronových genů a jejich zapojení do neurodegenerativních poruch, jako je Alzheimerova a Huntingtonova choroba. Její výzkum se zaměřil na genovou expresi v mozku a roli specifických proteinů ve vývoji a funkci nervového systému. Zajímalo ji zejména pochopení molekulárního základu paměti a učení a toho, jak mozek reguluje expresi genů v reakci na podněty z prostředí.
Napsala přes 250 vědeckých prací a byla editorkou několika knih a časopisů, včetně Annual Review of Neuroscience a Journal of Molecular Neuroscience. Působila také v redakčních radách několika dalších časopisů, včetně Nature, Science a Cell.
Za svůj výzkum získala řadu ocenění a vyznamenání, včetně Ceny Emila von Behringa v roce 1978, Humboldtovy ceny v roce 2004 a Velkého kříže Řádu za zásluhy Spolkové republiky Německo v roce 2008. Byla členkou Berlínského spolku - Braniborská akademie věd, Německá národní akademie věd Leopoldina a Národní akademie věd USA.
Benesch byla široce považována za jednoho z nejvlivnějších neurovědců své doby a její práce měla na tento obor trvalý dopad. Byla inspirativní mentorkou mnoha mladých vědců a bude se na ni pamatovat pro její oddanost vědě, její vášeň pro výzkum a její neochvějné odhodlání porozumět záhadám mozku.