Die Forschung und die interdisziplinäre Zusammenarbeit an der Fakultät für Mathematik ist geprägt durch Großforschungsprojekte, wie den Sonderforschungsbereich Taming uncertainty and profiting from randomness and low regularity in analysis, stochastics and their applications (SFB 1283) und das internationale Graduiertenkolleg Searching for the regular in the irregular: Analysis of singular and random systems (IRTG 2235), sowie durch die Beteiligung an und die Kooperation mit zwei zentralen wissenschaftlichen Einrichtungen der Universität, dem Forschungsschwerpunkt Mathematische Modellierung (FSPM²) und dem Institut für Mathematische Wirtschaftsforschung (IMW). Hinzu kommen (interdisziplinär angelegte) wissenschaftliche Einrichtungen wie die Bielefeld Graduate School in Theoretical Sciences (BGTS) für den Bereich der Graduiertenförderung oder das Institut für Didaktik der Mathematik (IDM) für die Forschung im Bereich der Didaktik der Mathematik. Diese Forschungsinfrastruktur ermöglicht zahlreiche interessante Forschungsprojekte und internationale Kooperationen.