Benesch è stato un pioniere nello studio dei meccanismi molecolari della regolazione dei geni neuronali e del loro coinvolgimento nelle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e la malattia di Huntington. La sua ricerca si è concentrata sull'espressione genetica nel cervello e sul ruolo di proteine specifiche nello sviluppo e nel funzionamento del sistema nervoso. Era particolarmente interessata a comprendere le basi molecolari della memoria e dell'apprendimento e il modo in cui il cervello regola l'espressione dei geni in risposta agli stimoli ambientali.
Ha scritto oltre 250 articoli scientifici ed è stata editrice di numerosi libri e riviste, tra cui l'Annual Review of Neuroscience e il Journal of Molecular Neuroscience. Ha anche fatto parte del comitato editoriale di diverse altre riviste, tra cui Nature, Science e Cell.
Ha ricevuto numerosi premi e riconoscimenti per le sue ricerche, tra cui il Premio Emil von Behring nel 1978, il Premio Humboldt nel 2004 e la Gran Croce dell'Ordine al Merito della Repubblica Federale Tedesca nel 2008. È stata membro dell'Ordine di Berlino -Accademia delle Scienze di Brandeburgo, Accademia Nazionale delle Scienze Leopoldina tedesca e Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti.
Benesch era ampiamente considerata una delle neuroscienziate più influenti del suo tempo e il suo lavoro ha avuto un impatto duraturo sul campo. È stata un mentore stimolante per molti giovani scienziati e sarà ricordata per la sua dedizione alla scienza, la sua passione per la ricerca e il suo incrollabile impegno nella comprensione dei misteri del cervello.