ด้านวรรณคดีพุทธศาสนา

พระองค์ทรงเอาพระทัยใส่ทำนุบำรุงเป็นอย่างดี พระราชนิพนธ์ส่วนใหญ่เป็นประเภทร้อยแก้ว บทพระราชนิพนธ์ที่สำคัญ ได้แก่

• ชุมนุมพระบรมราโชบาย 4 หมวด คือ หมวดวรรณคดี โบราณคดี ธรรมคดี และตำรา

• ตำนานเรื่อง พระแก้วมรกต เรื่องปฐมวงศ์

• ทรงริเริ่มให้มีการค้นคว้าศิลาจารึกในประเทศไทยขึ้นเป็นครั้งแรก คือ จารึกหลักที่ 1 ของพ่อขุนรามคำแหงและจารึกหลักที่ 4 ของพระยาลิไทย

ด้านพระพุทธศาสนา

พระองค์ทรงฟื้นฟูพระพุทธศาสนาให้รุ่งเรือง โดยทรงตั้งธรรมยุตติกาวงศ์ขึ้น เป็นนิกายใหม่ในพระพุทธศาสนา ที่มีความเคร่งครัดในพระธรรมวินัยและระเบียบแบบแผน ด้านพระพุทธศาสนา

ด้านความสัมพันธ์กับต่างประเทศ

ด้วยเหตุที่ทรงสนพระทัยในวิทยาการตะวันตกมาตั้งแต่ก่อนขึ้นครองราชย์ จึงทรงคุ้นเคยกับชาวตะวันตกโดยเฉพาะอังกฤษเป็นอย่างมาก ทั้งยังเกี่ยวข้องกับเสนาบดีสกุลบุนนาคเช่นพระยาศรีสุริยวงศ์ (ช่วง บุนนาค) ผู้กราบบังคมทูลเชิญเสด็จขึ้นครองราชย์นั้นก็เป็นผู้สนิทสนมและนิยมอังกฤษ เช่นนี้ในรัชสมัยของพระองค์จึงเปิดความสัมพันธ์กับประเทศตะวันตกอย่างกว้างขวาง มีการทำสัญญากับต่างประเทศถึง 10 ประเทศ ทรงยึดนโยบาย "ผ่อนสั้น ผ่อนยาว" มาใช้กับประเทศมหาอำนาจเป็นพระองค์แรกในสมัยรัตนโกสินทร์ อันทำให้ไทยสามารถดำรงเอกราชอยู่ได้จนทุกวันนี้ พระองค์ได้ส่งคณะทูตไทยโดยมีพระยามนตรีสุริยวงศ์เป็นราชทูต เจ้าหมื่นสรรเพ็ชภักดีเป็นอุปทูต หมื่นมณเฑียรพิทักษ์เป็นตรีทูต นำพระราชสาส์นไปถวายสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งอังกฤษนับเป็นความคิดริเริ่มให้มีการเดินทางออกนอกประเทศได้ เนื่องจากแต่เดิมกฎหมายห้ามมิให้ เจ้านาย พระราชวงศ์ ข้าราชการผู้ใหญ่เดินทางออกจากพระนคร เว้นเสียแต่ไปในการสงครามกับกองทัพ

พระองค์โปรดเกล้าให้ชาวต่างประเทศรับราชการเป็นกงสุลไทย เช่น เซอร์ จอห์น เบาริง อัครราชทูตของสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งสหราชอาณาจักร สมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งประเทศอังกฤษ เข้ามาทำสนธิสัญญากับประเทศไทยเป็นชาติแรก เมื่อ พ.ศ. 2398 ได้พระราชทานบรรดาศักดิ์เป็น "พระยาสยามานุกูลกิจ สยามมิตรมหายศ" เป็นกงสุลไทยประจำกรุงลอนดอน

ด้านวิทยาศาสตร์

พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงเป็นนักดาราศาสตร์ไทย ทรงการคำนวณการเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงได้อย่างแม่นยำในวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 ล่วงหน้า 2 ปี และได้เสด็จพระราชดำเนินพร้อมเชิญทูตฝรั่งเศสและสิงคโปร์ทอดพระเนตรสุริยุปราคาครั้งนั้น นอกจากนี้ พระปรีชาสามารถของพระองค์ในด้านวิทยาศาสตร์นั้น ยังทำให้พระองค์ได้รับการยกย่องเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ของสัตววิทยาสมาคมแห่งสหราชาอาณาจักรอีกด้วย

วันที่ 14 เมษายน พ.ศ. 2525 รัฐบาลพลเอกเปรม ติณสูลานนท์ ประกาศยกย่องพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเป็น "พระบิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย" และอนุมัติให้วันที่ 18 สิงหาคมของทุกปีเป็นวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

ด้านโหราศาสตร์

นอกจากนี้แล้ว ยังทรงเป็นนักโหราศาสตร์อีกด้วย ทรงแต่งตำราทางโหราศาสตร์ที่เรียกว่า "เศษพระจอมเกล้า" ซึ่งเป็นอีกหนึ่งตำราที่ได้รับการยอมรับว่าแม่นยำ และทรงได้รับการยกย่องเชิดชูเกียรติว่าทรงเป็น "พระบิดาแห่งโหราศาสตร์ไทย"