Ο Benesch ήταν πρωτοπόρος στη μελέτη των μοριακών μηχανισμών ρύθμισης των νευρωνικών γονιδίων και της εμπλοκής τους σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές όπως το Alzheimer και η νόσος Huntington. Η έρευνά της επικεντρώθηκε στην έκφραση γονιδίων στον εγκέφαλο και στο ρόλο συγκεκριμένων πρωτεϊνών στην ανάπτυξη και λειτουργία του νευρικού συστήματος. Ενδιαφερόταν ιδιαίτερα για την κατανόηση της μοριακής βάσης της μνήμης και της μάθησης και πώς ο εγκέφαλος ρυθμίζει την έκφραση των γονιδίων ως απόκριση σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα.
Έγραψε πάνω από 250 επιστημονικές εργασίες και ήταν συντάκτρια πολλών βιβλίων και περιοδικών, συμπεριλαμβανομένων των Annual Review of Neuroscience και Journal of Molecular Neuroscience. Υπηρέτησε επίσης στις συντακτικές επιτροπές πολλών άλλων περιοδικών, συμπεριλαμβανομένων των Nature, Science και Cell.
Έλαβε πολλά βραβεία και τιμητικές διακρίσεις για την έρευνά της, όπως το βραβείο Emil von Behring το 1978, το βραβείο Humboldt το 2004 και τον Μεγαλόσταυρο του Τάγματος της Αξίας της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας το 2008. Ήταν μέλος του Βερολίνου -Ακαδημία Επιστημών του Βραδεμβούργου, η Γερμανική Εθνική Ακαδημία Επιστημών Leopoldina και η Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ.
Η Benesch θεωρήθηκε ευρέως ως μια από τις πιο σημαίνουσες νευροεπιστήμονες της εποχής της και το έργο της είχε διαρκή αντίκτυπο στον τομέα. Υπήρξε εμπνευσμένη μέντορας για πολλούς νέους επιστήμονες και θα μείνει στη μνήμη για την αφοσίωσή της στην επιστήμη, το πάθος της για την έρευνα και την ακλόνητη δέσμευσή της στην κατανόηση των μυστηρίων του εγκεφάλου.