Benesch był pionierem w badaniu molekularnych mechanizmów regulacji genów neuronalnych i ich udziału w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Huntingtona. Jej badania skupiały się na ekspresji genów w mózgu oraz roli poszczególnych białek w rozwoju i funkcjonowaniu układu nerwowego. Szczególnie interesowała ją zrozumienie molekularnych podstaw pamięci i uczenia się oraz sposobu, w jaki mózg reguluje ekspresję genów w odpowiedzi na bodźce środowiskowe.
Napisała ponad 250 artykułów naukowych i była redaktorką kilku książek i czasopism, w tym Annual Review of Neuroscience i Journal of Molecular Neuroscience. Zasiadała także w radach redakcyjnych kilku innych czasopism, w tym Nature, Science i Cell.
Za swoje badania otrzymała liczne nagrody i wyróżnienia, m.in. Nagrodę im. Emila von Behringa w 1978 r., Nagrodę Humboldta w 2004 r. oraz Wielki Krzyż Orderu Zasługi Republiki Federalnej Niemiec w 2008 r. Była członkinią Berlińskiej Fundacji im. -Brandenburska Akademia Nauk, Niemiecka Narodowa Akademia Nauk Leopoldina i Amerykańska Narodowa Akademia Nauk.
Benesch była powszechnie uważana za jedną z najbardziej wpływowych neurobiologów swoich czasów, a jej prace wywarły trwały wpływ na tę dziedzinę. Była inspirującą mentorką dla wielu młodych naukowców i zostanie zapamiętana ze swojego oddania nauce, pasji badawczej i niezachwianego zaangażowania w zrozumienie tajemnic mózgu.