Изучение Ильменских гор началось в XIX в. Первые представления о геологическом строении сформировали К. И. Лисенко (1832-1837), А. П. Карпинский (1869). И. В. Мушкетов (1876), М. П. Мельников (1882).

В начале XX в. изучением Ильменских гор занимались выдающиеся ученые А.  Н.  Заварицкий (1920, 1926, 1939, 1945), Д. С. Белянкин (1926), Н.  Н.  Смирнов (1927, 1946), А. Е. Ферсман (1929). Начиная с 50-х годов проводились исследования южной части Ильменских гор. Детальные работы в 1958-1966 гг. провели В. Я. Левин, А. Г. Баженов и др. В результате этих работ были составлены наборы карт территории Ильменского заповедника различного масштаба. Г. Г. Доминиковский изучал петрографию кристаллических сланцев Ильменских гор (1971).

1972-1980 гг. - сотрудниками Ильменского гос. заповедника А.  Г.  Баженовым, Л.  И.  Кутеповой, Б. Н. Ивановым, Ю. Н. Кошевым, учеными Московского гкологоразведочного ин-та Б. М. Роненсоном, В. А. Утенковым, В. В. Андроновым проводились работы по картированию северной и восточной части территории Ильменских гор.

В 1982 г. были проведены работы по геологическому доизучению Ильмено-Вишневогорского комплекса геологами Челябинской геологосъемочной экспедиции В.Н. Юрецким,Ю., В. И. Петровым, Г. П. Кузнецовым, В. Я. Левиным, сотрудниками заповедника А. Д. Рассказовой, В. И. Ленных, А.С. Варлаковым и др. Значительные работы по определению радиологического возраста горных пород проведены А. А. Краснобаевым.

В 1985-1993 гг. в Ильменском заповеднике в южном окончании гнейсово-мигматитового комплекса была пробурена скважина глубиной 2000 м. В результате изучения керна скважины (минералого-петрографические, петрографические замеры, геофизический каротаж) впервые получен детальный непрерывный разрез нижней половины ильменогорской толщи и верхней подтолщи вишневогорской толщи.

В 2000 г. В. И. Ленных на основе геологической карты 1:50000 В. Н. Юрецкого, В. Н. Петрова и др., макетов геологических карт масштаба 1:200000 В. Ф. Турбанова (1984) и В. Н. Петрова (1999) и собственных материалов составил Геологическую схему Ильменогорского комплекса. Схема отражает существенно новые данные о положении и внутренней структуре Ильменогорского комплекса в структуре Ю. Урала. Уточнена стратиграфия докембрийских толщ в составе этого комплекса.

В начале XXI в. проведено геологическое картирование в масштабе 1:200000 Федеральным государственным унитарным геологическим предприятием «Челябинскгеосъемка» по заказу Министерства природных ресурсов РФ. В составлении геологической карты участвовали А. Е. Шалагинов, Л. И. Горлова, В. И. Петров и др.

Исследованием гранитоидов Ильменогорского антиклинория в 1990-2004 гг. занимался Б. Н. Пермяков. Были перекартированы в масштабе 1:25000 Чашковский и Еланчиковский массивы, Еланчиковский гранитогнейсовый купол, центральная и южная части Кисегачского массива, проведен цикл петрохимических исследований этих массивов.