王先谦学术成就最大的方面是史学。他治史的方法大体遵循干嘉学风，注重校勘。其仿经疏体例注释旧史的代表作是《汉书补注》。该书旁采诸家之说，经多年穷究，使疑难不解之处得以通晓，因而至今仍受国内外史学界推崇。其他的注释著作《后汉书集解》、《新旧唐书合注》等也颇见功力，被后代史学史专家评为“王氏所作补注、集解诸作，都是校注书中标准的著作。”《十朝东华录》是王先谦的又一部重要的史着。《东华录》本是清代的一种编年体史料长编，因国史馆在清富东华门内而得名，先有蒋良骥编成自努尔哈赤天命朝至雍正朝5 朝《东华录》。王先谦任职翰林院和园子监时，嫌其过于简略，特详加增订，并加修了乾隆、嘉庆、道光3朝，后果增修咸丰、同治2朝，合称《十朝东华录》。该书取树广泛，不仅取自《清实录》，还广采《方略》、《会典》、《御制诗文》、《大臣列传》等，所以至今仍是研究清史的基本史料。
鸦片战争之后，随中西文化逐渐交流，中国学者开始著述外国史地，主先谦也顺应时代潮流，于光绪年间撰成《日本源流考》、《五洲地理志略》。《日本源流考》探讨日本的政事学术和治乱得失的本源，目的是欲使闭目塞听的中国能急起仿效。书中还用一定篇幅辑录明代戚继光、俞大猷等抗倭的资料，反映出作者的爱国之心。《五洲地理志略》是王先谦花4年时间辛勤编纂而成的，书中荟萃了古今中外的史地图籍，对欧美各主要国家作了较详细的介绍。一个原先遵循干嘉旧规的学者，能睁眼看世界，辑成世界地理书籍，确实是难能可贵的。
作为一名学术大家，王先谦深知版本校辑的重要，他强调“欲博览遗书，尤以精研版本为重。”他独自校勘或邀人合作而成的《郡斋读书志》、《天禄琳琅书目前后编》、《魏书校勘记》、《盐铁论校本》等都受到版本目录学者的重视。其中《盐铁论校本》被郭沫若、杨树达著书时参考取材；他的《合校水经注》集干嘉以来《水经注》研究之大成，为近百年来的独特通行之作。
王先谦是史学大师，又是经学大师，他曾花费半生心力，成《尚书孔伟参正》一书，书中探讨《尚书》原委，旁证历代诸儒训释；博采《史记》、《汉书》、《论衡》等材料，对伪托之处详加辨正。今文经学大师皮锡瑞评价它“兼疏今古文，说明精确，最为善本。”他并继干嘉年间的大经学家阮元之后，博观慎取，解释和考订经书，集资汇刻了卷帙浩繁，于保存文献，发展学术非常有益的《续皇清经解》，因而清代著名文献学家刘锦藻评价：“维持文献之功，阮氏而后为推先谦矣。”他还撰有《诗三家义集疏》等经学著作，从而奠定了自己在近代经学史上的地位。
在语言文字学方面，王先谦也颇有造诣。东汉时刘熙曾作《释名》一书，以辞音求义，来推究事物名称的由来，清代毕沅又作《释名疏证》，对《释名》加以注释论证。对此，王先谦又特意撰写了《释名疏证补》，对毕沅此书再加补证。此书撷取江浙和湖湘学者精英，所校所释，颇为全面而有系统，后人认为它超过了毕沅的《释名疏证》，于训访、词汇、音韵学等方面，均有一定的贡献。
此外，王先谦一生所作诗文共有44卷，1190篇，蔚蔚大观。他文宗秦汉，效法韩愈，笔力遒劲，气魄雄浑，诗宗杜甫、苏拭，自成格调，是晚清一大家，与王闿运齐名，人称“二王”。
王先谦能在学术上取得这么大的成就并不是偶然的。他自幼苦读，锲而不舍，数十年来废寝忘食，孜孜于典籍之中，而且具有博采众长，严谨平实的作风。王先谦治学侧重古文经学，但不拘泥门户，兼采今文学源的观点，认为今古文经之争，“展转纷纭，徒形词费”。他辑印的《南著书院丛书》就被人称作“无干嘉诸子标汉宋之帜，分门别户致辨之习气”。而《续皇清经解》、《尚书孔传参正》就又包含了许多今文经学的观点和材料。他在政治上与维新派势若水火，但却能称道梁启超的《新大陆游记》“颇有长进”，并在撰写《五洲地理志略》时多处述引。王先谦在撰述过程中继承了湖湘务实的传统学风，重求实，反臆断，凡遇暂时不明白的问题，并不武断曲解，总是以“存疑”的态度对待，或注明“无考”，’或注时“未知孰是”，“所当厥疑”。而对自己著述中的错误，一经发现就立即纠正。他曾刻印袁本《世说》，当经叶德辉提醒知道袁本“讹谬百出”时，便毅然毁版，请叶详加校勘后重镌。他还深刻地揭示中国学人普遍务虚图名的弊病说：“窃谓中国学人大病，在一空字。理学兴，则舍程、朱而趋陆、王，以程、乐务实也。汉学兴，则低汉而尊宋，以汉学若人也。新学兴，又斥西而守中，以西学尤繁重也。至如究心新学，能人所难，宜无病矣。然日本维新,从制造入，中国求新，从议论入。所务在名，所图在私。言满天下，而无实以继之，则亦仍然一空，终古罔济而已。”正由于王先谦痛恨空谈，因而自己坚持实事求是，严谦治学。他的这种学术态度不仅使自己成为一代宗师，而且启迪了众多岳麓书院士生，使他们深涉经史，旁及诸子，趋重实务，接受新学，使这千年学府再度焕发生气，因而无论是撰述，还是教育，王元谦都堪称大家。因此可见，当代学者李肖聃在《湘学略·葵园学略》中赞他“上笺辟经，下征国史，旁论文章，用逮谱子。四十余年，楚学生光。”这并非是过誉之辞，堪当确评。
