Pagrindinė VšĮ Valstybinio patologijos centro veikla yra patologijos diagnostika: biopsinės ir operacinės medžiagos tyrimai, citopatologijos tyrimai bei autopsiniai tyrimai. Nuo 2010 metų, gavus licenciją šiai veiklai, Centras atlieka molekulinius patologijos tyrimus bei elektroninę mikroskopiją.

Centras aptarnauja apie 200 Lietuvos asmens sveikatos priežiūros įstaigų. 2009 m. Centre atlikta 37 tūkst. biopsinių, 70 tūkst. citologinių ir 146 autopsiniai tyrimai. Sparčiausiai auganti Centro darbo dalis - profilaktiniai gimdos kaklelio citologiniai tyrimai: 2000 m. jų atlikta 6 tūkst., o 2009 m. - dešimt kartų daugiau, t.y. 60 tūkst.

Reaguodamas į augančius ir pagrįstus paciento gydymo kokybės reikalavimus, Centras nuolat diegia perspektyvias patologijos tyrimų technologijas, vysto informacines sistemas patologijos tyrimų duomenims saugoti ir darbo kokybei užtikrinti. 2006 metais įdiegta informacinė sistema patologijos tyrimų duomenims saugoti – „Pathis“. Sistema leidžia Centro aptarnaujamoms įstaigoms užsakyti tyrimus elektroniniu būdu bei stebėti jų atlikimo eigą dar iki tyrimo pabaigos.

Centro iniciatyva parengta teisinė bazė patologijos tyrimų kokybei Lietuvoje užtikrinti ir patologijos skyrių bei tarnybų veiklai licencijuoti. Centras standartizuoja patologijos tyrimų atlikimo bendruosius ir specialiuosius kokybės reikalavimus, rekomenduotinus naudoti Lietuvos asmens sveikatos priežiūros įstaigose, dalyvauja rengiant teisinę bazę, reglamentuojančią Lietuvos patologijos tarnybos veiklą.

Centras atlieka patologinės anatomijos ekspertizes Valstybinio medicinos audito inspekcijos, Valstybinei teismo medicinos tarnybai prie Lietuvos Respublikos teisingumo ministerijos bei prokuratūros užsakymu. Čia renkami ir apibendrinami patologijos tyrimų veiklos rezultatai iš asmens sveikatos priežiūros patologijos skyrių (šiuo metu Lietuvoje veikia 25 įvairaus dydžio licencijuoti patologijos skyriai bei laboratorijos).

VšĮ Valstybinis patologijos centras vykdo patologijos ir citopatologijos technologų mokymus. Kartu su Vilniaus universitetu Centre rengiami patologijos rezidentai, doktorantai, vyksta tobulinimosi kursai gydytojams patologams bei kitiems specialistams.

Centro darbuotojai vykdo ir dalyvauja kitų įstaigų atliekamuose moksliniuose tyrimuose. Didžiausias dėmesys skiriamas naujų vėžio žymenų ir pažangesnių ankstyvos vėžio diagnostikos metodų paieškai. Centre kuriama Skaitmeninės patologijos laboratorija ir įvairių bioaudinių ilgalaikio (3 – 5 m.) šaldymo centras - audinių bankas.

Centras aktyviai dalyvauja įvairiuose ES struktūrinių fondų ir kitų Lietuvos ir ES institucijų finansuojamuose projektuose kaip partneris ir kaip vykdytojas.

2007 m. Valstybinis patologijos centras sveikatos apsaugos ministro įsakymu paskirtas vykdyti Nacionalinio SNOMED CT terminologijos valdymo centro funkcijas, o jo direktorius Arvydas Laurinavičius – atstovu į Tarptautinės sveikatos terminologijos standartų plėtros organizacijos (angl. International Health terminology Standarts Development Organisation, IHTSDO) Valdymo tarybą (Management Board).