Benesch je bil pionir pri proučevanju molekularnih mehanizmov regulacije nevronskih genov in njihove vpletenosti v nevrodegenerativne motnje, kot sta Alzheimerjeva in Huntingtonova bolezen. Njena raziskava se je osredotočila na izražanje genov v možganih in vlogo specifičnih proteinov pri razvoju in delovanju živčnega sistema. Posebej jo je zanimalo razumevanje molekularne osnove spomina in učenja ter kako možgani uravnavajo izražanje genov kot odgovor na okoljske dražljaje.
Napisala je več kot 250 znanstvenih člankov in bila urednica več knjig in revij, vključno z Annual Review of Neuroscience in Journal of Molecular Neuroscience. Delovala je tudi v uredniških odborih več drugih revij, vključno z Nature, Science in Cell.
Za svoje raziskave je prejela številne nagrade in priznanja, med drugim nagrado Emila von Behringa leta 1978, Humboldtovo nagrado leta 2004 in veliki križec reda za zasluge Zvezne republike Nemčije leta 2008. Bila je članica Berlinske -Brandenburška akademija znanosti, Nemška nacionalna akademija znanosti Leopoldina in Nacionalna akademija znanosti ZDA.
Benesch je na splošno veljal za enega najvplivnejših nevroznanstvenikov svojega časa in njeno delo je imelo trajen vpliv na tem področju. Bila je navdihujoča mentorica številnim mladim znanstvenikom in ostala bo v spominu po svoji predanosti znanosti, strasti do raziskovanja in neomajni predanosti razumevanju skrivnosti možganov.