人類基因組計劃
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主條目：人類基因組計劃1999年9月1日，於英國茵格斯頓舉行的第五次人類基因組測序戰略會議上，華大基因創始人之一楊煥明提出，中國願承擔人類3號染色體短臂端粒一側約30厘摩爾（相當於約3,000萬個鹼基對）區域的測序和分析任務，佔整體人類基因組測序工作的1%，成為人類基因組計劃成員當中唯一一個開發中國家[16][17]。
於同年9月成立的華大基因，與其餘14隊來自不同中心或學院組成的「中國人類基因組聯盟」（The Chinese Human Genome Consortium）即投入基因組測序工作，在1999年10月至2000年3月期間，進行了500,000桑格法核酸測序反應（Sanger sequencing reactions），成功完成6,400萬個鹼基對的測序原始數據，與其他五國科學家組成首個人類基因組序列草圖。其後，經過進一步的測序及分析，「中國人類基因組聯盟」呈交3,800萬個鹼基對的測序完整數據，與其他五國科學家共同完成《人類基因組的初步測序和分析》。在人類基因組序列草圖發佈記者會上，時任美國總統柯林頓對中國的貢獻表示肯定和感謝 [18]。相關結果發表於《自然》科學雜誌上，為人類基因科學立下重要里程碑[19]，其重要性與曼哈頓原子彈計劃及阿波羅登月計劃可相比擬[20][21]。
水稻基因組計劃
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水稻（秈稻）基因組工作框架圖：華大基因於2000年啟動水稻基因組計劃，希望通過測序找出水稻產量相關基因[22]，並於2002年在《科學》期刊以封面文章發佈首個水稻（秈稻)）因組的工作框架序列圖[23][24]，文章先後被引用接近四千次[25]。此次由中國科學家合作完成的水稻基因工作框架圖，是繼人類基因組之後完成測定的最大的基因組，也是當時測定的最大植物基因組[26]。 水稻作為第一個完成基因組測序農作物，對解決全球糧食問題具有重要意義，建立了改善水稻品質、提高水稻產量的重要基礎，並被當時《科學》雜誌期刊編輯認為水稻基因組研究工作，對人類健康的重要性在接下來的二十年較人類基因組更大[27][28]。
水稻基因組精細圖：華大基因於2005年2月在《PLOS Biology》科學期刊發佈秈稻和粳稻的水稻全基因組精細圖及相關分析[29]，發現其中只有2-3%基因是兩個水稻亞種特有的，為科學家研究各個水稻亞種的差異，在新層面上探討雜交優勢的機理，以及為禾本科植物的比較基因組學和進化研究奠定了基礎[30]。
全球3,000份水稻核心種質資源重測序計劃： 2011年，華大基因與中國農業科學院（CAAS）和國際水稻研究所（International Rice Research Institute）共同啟動「全球3,000份水稻核心種質資源重測序計劃」[31][32]，在原有科研基礎上，對3,010 份亞洲栽培水稻基因組變異進行了深入分析，並把一系列的研究成果發表於2018年4月《自然》科學期刊上[33]，包括發現數個未曾發佈的水稻亞群組，並同時恢復Xian(秈)/Geng(粳)的命名系統，以更能夠反映水稻亞種之間的關係及演化，被國內外後續發表的水稻研究文章所使用[34][35][36][37]。
炎黃計劃
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主條目：炎黃計劃
2007年，華大基因於深圳展開名為「炎黃一號」計劃，約於半年內成功繪製首張亞洲人基因圖譜 。科學家在這研究中找出逾三百萬個多態性位點（single-nucleotide polymorphisms），並與資料庫已有的白種人基因組比較，發現當中的13.6%，即約41.7萬例遺傳多態性位點是亞洲人基因圖譜中獨有的，並對相應的基因功能進行了探討，較全面地闡述了中國人基因組結構的特徵。「炎黃一號」作為中國人參照基因組序列，從基因組學上對中國人與其他族群在疾病易感性和藥物反應方面差異作出了解釋，揭示了中國人自主的基因組研究與中國人的醫學健康事業發展的重要關聯性和必要性[38]，對中國的基因科學研究和產業發展具有重要的指導意義，該研究於2008年11月在《自然》科學期刊以封面文章發表[39][40][41]。
國際大熊貓基因組計劃
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從北京奧運會的吉祥物大熊貓「晶晶」抽取樣本，利用短序列（short-reads）模式組裝全球首個熊科動物、也是第二個肉食類動物的基因圖譜，包含2.25千兆（Gb）個鹼基對，並於2010年1月在《自然》科學期刊以封面文章發佈[42][43][44]。研究進一步支持大多數科學家所持的「大熊貓屬於熊科動物」的觀點，並為日後使用次世代基因測序技術，快速省時地組裝大型真核生物（eukaryotic），如哺乳類動基因圖譜奠定了基礎[45][46]。研究指出，相比於自然環境，人類活動對其造成的影響更為嚴重[47]。
基於是次的研究結果，科學家進一步為34隻大熊貓進行繪製基因圖譜，佔全球大熊貓總數五十分之一，數量之大讓科學家更清晰掌握大熊貓的種群演化史。這篇以封面文章發表於2012年12月科學期刊《Nature Genetics》的研究[48]，指出全球氣候變化是上百萬年來熊貓種群波動的主要驅動因素，人類活動有可能是近期熊貓種群分化和數量嚴重下降的重要原因，為評估和建立其他瀕危物種的保護方法提供了範例[49]。
與浙江大學和中國大熊貓保護研究中心等單位聯合發佈的大熊貓超高品質基因組研究中，在染色體層次上組裝了迄今為止最為完整的大熊貓兩個亞種的基因組，進一步比較四川和秦嶺兩個亞種，找到低繁殖率的遺傳基礎，為大熊貓的演化、繁育、保護等研究提供了資源，該研究於2021年2月發表於《Science Bulletin》[50][51][52]。
國際千人基因組計劃
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2008年1月，華大基因與英國茵格斯頓的桑吉爾研究所，及美國國立衛生研究院下屬的國立人類基因組研究所，一同啟動國際「千人基因組計劃"，透過為約1,000人進行基因組測序工作，以描繪更仔細的人類基因圖譜，找尋及分類不同的基因差異[53]。當中，華大基因承擔400個全基因組樣本的測序和分析工作[54]。
國際「千人基因組計劃"先導階段的成果在2010年10月27日以封面文章形式發表在《自然》科學期刊上[55][56]。第二階段的研究通過對14個種族的1,092個個體的研究，探索人類遺傳性疾病中表現型和基因型之間的聯繫，研究成果於2012年10月31日在《自然》科學期刊上發表[57]。華大基因於2015年在《自然》科學期刊發表兩篇文章，包括發現多一倍變異位點，揭示基因的多樣化與疾病之間的關係，例如患病風險及對藥物的反應的差異等[58][59][60][61]。
腸道微生物菌群研究
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華大基因與歐洲7個國家、13個研究所聯合組成MetaHIT（Metagenomics of the Human Intestinal Tract）[62]， 通過研究人類腸道中的微生物群落，進而了解其功能和對人類健康的影響[63]。成果於2010年3月以封面文章的形式在《自然》科學期刊發表[64]，研究共獲得330萬個人體腸道元基因組的參考基因，約是人類自身基因的 150 倍，這個基因集包含了絕大部分目前已知的人體腸道微生物基因[65]。該文章是迄今為止在腸道微生物研究領域引用率最高的一篇文章[66]，引用次數超過1萬[67]。
人類腸道微生物宏基因組與2型糖尿病：華大基因在人類腸道微生物的宏基因組領域上，在2012年《自然》科學期刊發表研究文章，對345個腸道微生物的DNA的進行深度鳥槍測序（deep shotgun sequencing），成功確定並驗證了大約60,000個與2型糖尿病相關的標記，並建立了宏基因組連鎖群的概念。此項發現有助監察腸道健康，並對如2型糖尿病般常見疾病提供輔助評估方法[68]。
腸道微生物與肥胖研究：華大基因聯合法國農業科學研究院、哥本哈根大學等機構的研究人員，通過對肥胖和非肥胖人群的腸道菌群進行研究，發現肥胖和非肥胖人群腸道菌群的種類和數量存在顯著差異，並指出腸道菌群可以作為新的切入點，為肥胖問題提供新的預防和治療思路。研究於2013年8月29日在《自然》科學期刊線上發表[69]。
擴展人類腸道微生物的宏基因組：華大基因其後把1,018個先前測序的人類腸道微生物基因組，與249個MetaHit項目的新測序樣本結合，以創建一個來自三大洲的隊列，該隊列至少比當前的基因目錄中使用的隊列大三倍，當中包含9,879,896個基因的綜合基因目錄。該目錄包含了大部份腸道微生物接近完整的基因集，這些基因的質量也比以前的基因目錄要高，進一步擴展人類腸道微生物的宏基因組，研究於2014年7月6日在《Nature Biotechnology》科學期刊發表[70]。
大腸桿菌基因
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參見：2011年O104:H4型大腸桿菌疫情和大腸桿菌O104:H4型2011年德國爆發大腸桿菌疫情。6月5日，華大基因首先完成大腸桿菌O104:H4型的基因定序[71]，通過對大腸桿菌的12個毒力基因、適應基因分析[72]，研究人員判斷2001年德國從腹瀉病人分離的01-09591菌株應為這次O104:H4型大腸桿菌的直接祖先，其毒性基因與本次菌株大致吻合，但本次菌株經過十年演化後，攜帶了許多以前沒有的抗藥性基因[73]。該研究有利於進一步解釋導致此次菌株致病能力如此之強的原因，並將為疾病的起源、來源、傳播提供線索[72]。
家蠶基因組計劃
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華大基因與西南大學合作，在科學期刊《科學》上發表了家蠶基因組測序和分析的研究成果，是當時最詳盡的家蠶基因組序列數據，加快了家蠶的基因組和生物學研究。通過對40種具有不同地理區域、生理特性和經濟性狀的家蠶與野蠶進行大規模的重測序，來闡述歷史演進、人口結構以及家養過程。研究發現與家養和人工選擇相關的目標基因和基因組區域，並為具商業價值的特質，包括提高蠶絲質量的、抵禦害蟲等提供重要基因線索[74][75][76][77]。其後華大基因與其他國際家蠶基因組聯盟（The International Silkworm Genome Consortium）的科學家，共同開展了大型基因組研究，增加科學界對家蠶的馴化及與其野生先祖差異的認識。此外，由於家蠶與不少農業害蟲都是鱗翅目昆蟲，故此家蠶的基因組資料可幫助了解及抗擊害蟲對世界糧食及纖維生產的破壞[78]。
2015年，華大基因參與家蠶基因組功能研究項目，獲2015年度國家自然科學獎二等獎。項目通過40個家蠶突變品系和中國野桑蠶全基因組序列研究，獲632.5億對鹼基序列（63.25Gb），覆蓋99.8%基因組區域。此項目也是世界第一張基因組水平上蠶類單鹼基遺傳變異圖譜[79]。
鷹嘴豆研究
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華大基因開展一系列關於鷹嘴豆的研究，最初於2013年1月27日在《Nature Biotechnology》科學期刊發表，初步鑒定育種相關基因，奠定鷹嘴豆基因組學研究的基礎[80]。其後由國際半乾旱熱作物研究所（ICRISAT）牽頭，聚集全球11個國家和地區的41個組織，包括華大基因，共57位研究人員[81][82]，為3,366個鷹嘴豆樣本進行基因測序工作，包括3,171人工種植及195個野生鷹嘴豆樣本，於2021年11月11日在《自然》科學期刊發表鷹嘴豆基因差異圖譜[83][84]，是最大的植物基因圖譜之一。基於基因組資料的育種方法，進一步推動了鷹嘴豆育種實踐的發展，為更多農作物的改良指明了方向，也為糧食安全問題提供了新的解決方案[85][86][87]。
地球生物基因組計劃
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2018年11月，華大基因與加州大學戴維斯分校基因組學家哈瑞斯·萊文等聯合發起地球生物基因組計劃（Earth BioGenome Project, EBP），旨在對所有已知的真核生物進行基因組測序，旨在破譯地球上已知的真橫生物基因組，以基因組學研究全面地了解地球生命的起源、物種間關係和演化規律，促進全球生物多樣性的保護和利用[88][89][90]。該計劃的目標是提供所有180萬種已命名的植物、動物和真菌以及單細胞真核生物的完整DNA序列目錄[91]。根據計劃，華大基因將承擔萬種植物基因組計劃（10KP）[92][93]、萬種鳥類基因組計劃（B10K）[94][95]、千種魚類轉錄組計劃（Fish T1K）[96][97]、300種（屬）螞蟻的基因組測序工作[98][99]。地球生物基因組計劃被稱作繼人類基因組計劃之後的「下一個生物學登月計劃」[100][101]。
馬里亞納海溝生態環境科研計劃
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馬里亞納海溝是地球最深的海溝，蘊含無數珍貴資源，極具研究價值[102]。2021 年，來自10個單位及組織，包括華大基因，超過60位研究人員共同發起《馬里亞納共識》，建立深海考察標準化平台，以長期保存和共享深海科學樣本和數據，實現深海考察的國際合作。並同時啟動馬里亞納海溝生態環境科研計劃（Mariana Trench Environment and Ecology Research Project, MEER) ，邀請中國及海外的專家學者，一起探索及處理眾多重大科學議題，包括生命的起源、環境演化、生物多樣性、氣候變化[103]。研究團隊乘坐」探索一號」科考船，進入隨航的「奮鬥者」號載人潛水器，抵達馬里亞納海溝最深處的挑戰者深淵（Challenger Deep），採集了一批深淵水體、沉積物、岩石和生物樣品，為比較不同深淵特種環境、地質與生命等多學科研究提供了寶貴資料和樣品[104][105]，並相信華大基因的成熟基因測序技術，可進一步擴闊上述研究的維度。
幹細胞研究
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華大基因聯同其他科學家，首次獲得了相當於受精卵發育3天的胚胎細胞，讓誘導得到的細胞從多能幹細胞（pluripotent stem cell）變成了全能性幹細胞（totipotent stem cell），研究成果已於2022年3月在《自然》科學期刊發佈[106]。此項研究首次建立了讓多能幹細胞返回到與8細胞胚胎相匹配的人類發育週期中的早期階段的方法[107]。這是迄今為止在體外獲得的最年輕的人類細胞，因此具備非常強的發育潛力。全能性幹細胞重建了受精卵僅分裂3次後的胚胎狀態，相比過去的多能幹細胞，這種細胞可以分化為胎盤組織，並可能發育成為更優質的各類身體組織。這項研究為合成生物學與再生醫學的研究的發展奠定基礎，也將有助於解開早期人類胚胎發育的秘密，治療與發育有關的早期疾病[108][109][110]。
人類器官和系統生物年齡測量
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透過分析各種的生理數據，由免疫學、代謝學，到腸道微生物基因學等，發現身體不同器官的老化速度並不相同，以致不同系統及器官的生物年齡，與實際年齡（chronological age）未必一致。為此，研究人員也研發了一種可測量各種器官和系統生物年齡的工具，有助了解它們生理功能的退化和下降程度，幫助醫生為病人提出個人化的醫學意見。多組學研究於2022年3月在《Cell Reports》發表[111][112][113]。而利用基因檢測去量度器官及系統的生物年齡，也為華大基因日後的基因檢測應用帶來啟示[114]。