اهتمت جامعة الطائف في مرحلة لاحقة من تأسيسها بالدراسات العليا من أجل تهيئة خريجيها وتزويدهم بالعلوم والتخصصات اللازمة التي تحتاجها الجامعة، والمساهمة في إثراء المعرفة الإنسانية بكافة فروعها عن طريق الدراسات المتخصصة في عديد من المجالات المختلفة . وبدأت الجامعة الدراسات العليا اعتباراً من العام الجامعي 1428-1429ه بمرحلة الماجستير بهدف العناية بالدراسات العليا وتشرف عمادة الدراسات العليا بالجامعة على برامجها القائمة حالياً في كليات الآداب والتربية والعلوم، ويبلغ عدد الطلبة في مرحلة الدراسات العليا الآن أكثر من مائة طالب وطالبة. أما البحث العلمي فكان له نصيبا كبيرا من الاهتمام حيث أولته الجامعة كل الرعاية لتنشيط وتطوير حركة البحث العلمي في شتى حقول المعرفة، فأنشأت مركزاً للبحوث لتشجيع أعضاء هيئة التدريس والباحثين على إجراء البحوث العلمية في المجالات التطبيقية والنظرية والتقنية خصوصاً فيما يتعلق بالبحوث التي تتميز بالأصالة والابتكار وخدمة المجتمع وخطط التنمية الوطنية، وقد قامت الجامعة بتنفيذ مشاريع بحثية متميزة ومن ضمنها مشاريع حصلت على براءات اختراع ومشاريع نشرت أبحاثها في مجلات علمية متقدمة، وتشترك الجامعة مع المراكز العلمية المرموقة في تنفيذ عدد من أبحاثها.