Το εργαστήριο συντήρησης εικόνων του Μουσείου Βυζαντινού Πολιτισμού είναι το παλαιότερο σε λειτουργία εργαστήριο συντήρησης στο κτήριο μετά την ολοκλήρωσή του το 1993. Εκτείνεται σε επιφάνεια 280 τ.μ. Περιλαμβάνει χώρο συντήρησης εικόνων, θάλαμο ακτίνων Χ, διαγνωστικό εργαστήριο και ξυλουργείο. Σκοπός της λειτουργίας του είναι η προληπτική, η καθαυτό συντήρηση και η αποκατάσταση των ζωγραφικών έργων σε ξύλο, ύφασμα, δέρμα καθώς και των ξυλόγλυπτων του μουσείου. Η διαδικασία συντήρησης των εικόνων περιλαμβάνει τη διεξαγωγή ορισμένων διαγνωστικών εξετάσεων, που πραγματοποιούνται με ίδια μέσα, και την  τεκμηρίωση όλων των εργασιών και των μεταδεδομένων τους.

Το εργαστήριο εικόνων αρχικά ήταν στελεχωμένο από τέσσερις συντηρητές – μόνιμους υπαλλήλους του Υπουργείου Πολιτισμού, οι οποίοι με ελάχιστο εξοπλισμό ξεκίνησαν τη λειτουργία του με τις εργασίες συντήρησης εικόνων για την πρώτη έκθεση του Μουσείου με τίτλο Βυζαντινοί Θησαυροί της Θεσσαλονίκης. Το ταξίδι της επιστροφής, το 1994 και στη συνέχεια τη φιλοξενούμενη έκθεση με τίτλο Θησαυροί του Αγίου Όρους, το 1997. Σταδιακά, ο εξοπλισμός του εργαστηρίου εμπλουτίστηκε και το προσωπικό του ενισχύθηκε,  προκειμένου να συμβάλλει στην ολοκλήρωση της μόνιμης έκθεσης του Μουσείου αλλά και στην προετοιμασία πολλών περιοδικών  εκθέσεων που ακολούθησαν.

Το εργαστήριο – μέσω του Μουσείου – έχει υλοποιήσει ευρωπαϊκά προγράμματα διάγνωσης και συντήρησης εικόνων σε συνεργασία με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Βυζαντινών και Μεταβυζαντινών Μνημείων και με τα αντίστοιχα εργαστήρια συντήρησης μουσείων, όπως το Εθνικό Μουσείο Μεσαιωνικής Τέχνης Κορυτσάς, την Εθνική Πινακοθήκη Σόφιας, καθώς και με άλλους φορείς, όπως το Εκκλησιαστικό Μουσείο της Ιεράς Μητροπόλεως Θεσσαλονίκης, την Ιερά Βασιλική, Πατριαρχική και Σταυροπηγιακή Μονή Βλατάδων Θεσσαλονίκης, την Ιερά Μονή Αγίου Διονυσίου εν Ολύμπω, τη Φιλόπτωχο Αδελφότητα Ανδρών Θεσσαλονίκης και το Άσυλο του Παιδιού Θεσσαλονίκης. Επιπλέον σε συνεργασία με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Βυζαντινών και Μεταβυζαντινών Μνημείων και τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης, δημιούργησε βάση δεδομένων με τα στοιχεία των αποτελεσμάτων από την τεχνική διερεύνηση μεταβυζαντινών εικόνων του Εθνικού Μουσείου Μεσαιωνικής Τέχνης Κορυτσάς.

Στις δράσεις του εργαστηρίου περιλαμβάνονται η συμμετοχή σε επιστημονικά συνέδρια, οι εκδόσεις και οι δημοσιεύσεις σχετικά με το έργο του. Στον τομέα της έρευνας, της διάγνωσης και της αρχαιομετρίας συνεργάζεται με εξειδικευμένους ερευνητικούς φορείς όπως Μουσεία, Πανεπιστήμια και Διαγνωστικά Κέντρα.

Το έργο του εκτείνεται επίσης στον εκπαιδευτικό τομέα. Φοιτητές τμημάτων συντήρησης από ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα της Ελλάδας και του εξωτερικού εκπαιδεύονται στο πλαίσιο της πρακτικής άσκησης των σπουδών τους. Επιπλέον πραγματοποιεί ξεναγήσεις στους χώρους του για το κοινό, για μαθητές και φοιτητές.

Το εργαστήριο συντήρησης εικόνων ενημερώνεται για τις εξελίξεις στον τομέα της επιστήμης συντήρησης (conservation science). Παράλληλα, με αφετηρία την αξιολόγηση παλαιότερων και υφιστάμενων μεθόδων και πρακτικών, στοχεύει στη διαρκή αναβάθμιση των δυνατοτήτων διάγνωσης και εφαρμογής νέων μεθόδων και υλικών.