自20世紀20年代起，竺可楨就開始關注和從事科學史研究，在天文學史、氣象學史、地理學史及科學史的有關理論方麵撰寫了30多篇文章。他對整理和利用中國古代科學遺產非常重視，《百家爭鳴和發掘我國古代科學遺產》、《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》、《中國古代的物候知識》等文章都是古為今用的範例。
在中國的科學史學科規劃和組織建設方麵，竺可楨是一位關鍵人物。1954年8月27日他在《人民日報》上發表題為《為什麼要研究中國古代科學史》的文章，是科學史學科在中國步入建製化聯合會的一個信號。1956年2月他主持召開專家座談會，討論製定科學史學科發展規劃。
1956年9月，竺可楨率團出席在意大利佛羅倫薩舉行的第8屆國際科學史大會，使新中國在大會期間被接受為國際科學史學會的會員國，他本人於1961年當選為國際科學史研究院院士。在竺可楨的籌劃與指導下，中國科學院於1957年1月1日成立了中國自然科學史研究室，以後發展成中國科學院自然科學史研究所。
為促進科學史研究在中國的發展，加強中國科學史家與國際同行的交流，同時紀念近代中國科學史事業的奠基人竺可楨，中國科學院自然科學史研究所自2001年起開始，專門設立了“竺可楨科學史講席”，擬定日期邀請國際第一流的科學史家前來主持。
倡導科普
竺可楨畢生以極大熱情從事科學史研究工作，其目的在於從我國浩瀚燦爛的文化遺產中發掘科學寶藏，古為今用，闡明中華民族在世界科學史上所占的地位，激發中華民族的自尊心；研究中外科學的交流，促進各國人民間的友好關係。在半個多世紀中，他在天文、氣象、地理等科學史領域發表過三十多篇文章，不愧為科學史研究的倡導者和帶頭人。竺可楨的《論以歲差定（尚書·堯典）四仲中星之年代》一文，以現代科學方法整理分析古籍中的天文史資料，對原大家認為年代不可考，因而未必可信的四仲中星，得出了年代可考（3個都在殷末周初）的結論。曆史學家徐炳昶讀後曾表示：“歡喜讚歎，感未曾有！餘以為必須如此才能配得上說是以科學的方法整理國故！”
1944年，竺可楨發表了《二十八宿起源之時代與地點》，論證了二十八宿實起源於中國，而不在印度或巴比倫，解決了國際上爭論一百多年而中國卻無人參加論爭的一個重大的科學史問題。他在1951年發表的《中國過去在氣象學上的成就》是我國古代氣象學的概括，1953年發表的《〈中國近代科學論著叢刊——氣象學〉序》是我國近代氣象學史的總結。他還對中外有成就的許多科學家進行深入的研究。1926年《北宋沈括對於地學之貢獻與紀述》一文，第一次係統地評述了沈括在地理學、地質學和氣象學上的貢獻。1941年作了《徐霞客之時代》的報告，認為徐既具有中國人“忠、孝、仁、恕”的舊道德，又有為尋找自然奧秘、曆艱涉險的新精神，指出“欲求如霞客之以求知而探險者，在歐洲並世無人焉。”在《近代科學先驅徐光啟》一文中，對徐光啟推崇備至，並將他與英國近代實驗科學的倡導者弗蘭西斯·培根進行比較，認為徐光啟比培根偉大得多，科學造詣遠勝於培根。他在研究了哥白尼、布魯諾、開普勒、牛頓、波義耳等人的科學活動之後，從他們的身上總結出三種精神：“不盲從、不附和，一切以理智為依歸。如遇橫逆之境遇，則不屈不撓，不畏強暴，隻問是非，不計利害；虛懷若穀，不武斷，不蠻橫；專心一致，實事求是，不作無病之呻吟，嚴謹整飭毫不苟且。”
竺可楨本人一生貫徹倡導了科學求真的精神，他身後留下38年的日記，大約八百萬字，是一筆無價的財富，對科學史研究有很大的價值。
科普工作是竺可楨矢誌振興中華、畢生用力的一個重要方麵。他一直認為，科學研究的提高與普及是互為因果，相輔相成的，越是高級研究人員越應帶頭向群眾進行科研成果的科普宣傳。長期以來，他堅持帶頭進行科普工作，在他一生三百多篇論文著作中，科普作品達一百五十篇以上。