Benesch fue pionero en el estudio de los mecanismos moleculares de la regulación de genes neuronales y su implicación en trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer y la enfermedad de Huntington. Su investigación se centró en la expresión genética en el cerebro y el papel de proteínas específicas en el desarrollo y función del sistema nervioso. Estaba particularmente interesada en comprender las bases moleculares de la memoria y el aprendizaje, y cómo el cerebro regula la expresión de genes en respuesta a estímulos ambientales.
Escribió más de 250 artículos científicos y fue editora de varios libros y revistas, incluidos Annual Review of Neuroscience y Journal of Molecular Neuroscience. También formó parte de los consejos editoriales de varias otras revistas, incluidas Nature, Science y Cell.
Recibió numerosos premios y distinciones por su investigación, entre ellos el Premio Emil von Behring en 1978, el Premio Humboldt en 2004 y la Gran Cruz de la Orden del Mérito de la República Federal de Alemania en 2008. Fue miembro de la Academia de Berlín. -Academia de Ciencias de Brandeburgo, Academia Nacional de Ciencias Leopoldina de Alemania y Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
Benesch fue ampliamente considerada como una de las neurocientíficas más influyentes de su tiempo y su trabajo ha tenido un impacto duradero en este campo. Fue una mentora inspiradora para muchos científicos jóvenes y será recordada por su dedicación a la ciencia, su pasión por la investigación y su compromiso inquebrantable con la comprensión de los misterios del cerebro.