司马光的主要成就反映在学术上。其中最大的贡献，莫过于主持编写《资治通鉴》。宋神宗熙宁年间，司马光强烈反对王安石变法，上疏请求外任。熙宁四年（1071年），他判西京御史台，自此居洛阳十五年，不问政事。这段悠游的岁月，司马光主持编撰了294卷近400万字的编年体史书《资治通鉴》。司马光的独乐园，既是他的寓所，也是《资治通鉴》书局所在地。这里环境幽美，格调简素，反映了园主的情趣和追求。其书局在汴京时已奉诏成立，除了司马光之外，当时的著名学者刘恕、刘攽和范祖禹都参与了书局的工作。其中，司马光任主编，刘恕、刘攽、范祖禹为协修，司马光的儿子司马康担任检阅文字的工作。司马光来洛阳后，便把《资治通鉴》书局由汴梁迁到洛阳。在独乐园中常住的不仅有书局的工作人员，当时洛阳的名贤如二程、邵雍、文彦博等也常来此聚会，堪称是一个学术中心。

　　他在《进资治通鉴表》中说：“臣今筋骨癯瘁，目视昏近，齿牙无几，神识衰耗，旋踵而忘。臣之精力，尽于此书。”司马光为此书付出毕生精力，成书不到2年，他便积劳而逝。《资治通鉴》从发凡起例至删削定稿，司马光都亲自动笔，不假他人之手。

　　《资治通鉴》是我国最大的一部编年史，全书共二百九十四卷，通贯古今，上起战国初期韩、赵、魏三家分晋（公元前403年），下迄五代（后梁、后唐、后晋、后汉、后周）末年赵匡胤（宋太祖）灭后周以前（公元959年），凡一千三百六十二年。作者把这一千三百六十二年的史实，依时代先后，以年月为经，以史实为纬，顺序记写；对于重大的历史事件的前因后果，与各方面的关联都交代得清清楚楚，使读者对史实的发展能够一目了然。宋元之际史学家胡三省说：“为人君而不知《通鉴》，则欲治而不知自治之源，恶乱而不知防乱之术。为人臣而不知《通鉴》，则上无以事君，下无以治民。……乃如用兵行师，创法立制，而不知迹古人之所以得，鉴古人之所以失，则求胜而败，图利而害，此必然者也。”（《新注资治通鉴序》）王应麟说：“自有书契以来，未有如《通鉴》者。”清代大史学家王鸣盛说：“此天地间必不可无之书，亦学者不可不读之书”（《十七史商榷》卷1）。近代著名学者梁启超评价《通鉴》时说：“司马温公《通鉴》，亦天地一大文也。其结构之宏伟，其取材之丰赡，使后世有欲著通史者，势不能不据以为蓝本，而至今卒未有能愈之者焉。温公亦伟人哉！”

　　司马光著述颇多。除了《资治通鉴》，还有《通鉴举要历》八十卷、《稽古录》二十卷、《本朝百官公卿表》六卷。此外，他在文学、经学、哲学乃至医学方面都进行过钻研和著述，主要代表作有《翰林诗草》、《注古文学经》、《易说》、《注太玄经》、《注扬子》、《书仪》、《游山行记》、《续诗治》、《医问》、《涑水纪闻》、《类篇》、《司马文正公集》等。在历史上，司马光曾被奉为儒家三圣之一（其余两人是孔子和孟子）。《训俭示康》收入高中语文课本。