金玉玕长期从事腕足动物化石和石炭纪、二叠纪地层研究，提出新的国际二叠纪地层年代系统，代替沿用了150年的传统年代系统，被各国采用。长期研究中国乐平统，使之成为上二叠统的国际标准，并在华南建立了乐平统两个阶的全球界线层型。与合作者研究提出地球历史上规模最大的古、中生代之交生物大灭绝分为两幕的新模式，又据同位素年龄和大量化石种的统计分析，推定两次灭绝的时间和大灭绝主幕为突发性。在腕足动物系统古生物学方面发表了一系列论著，建立了许多具有重要系统演化、生物地层和古地理意义的新类群。

“六五”期间，金玉玕主持了中国科学院五个研究所合作的“准噶尔盆地油气分布”项目的综合地层研究，项目成果获国家科技进步奖二等奖、中国科学院科技进步奖一等奖。

金玉玕与合作者在1991年到1994年重新分析了海生动物化石数据，以系统的资料论证了大灭绝其实是分为两幕的新模式：第一幕的前乐平统事件与全球性海退对应，但第二幕的乐平统末事件与快速海侵关联，是大灭绝的主幕。通俗地说，大灭绝是单独地、突然出现的，而不是几个一连串更小形式的灭绝。

为了搞清生物灭绝的过程，金玉玕充分利用从浙江长兴煤山得到的研究资料。1998年金玉玕和他的合作者在《科学》上发表浙江煤山等地古、中生代界线剖面的系统生物地层资料和同位素年龄，说明大灭绝的时间过程，为研究大灭绝提供了精确的时间框架。2000年他又在《Science》上发表论文，以充实的数据阐明生物在古、中生代界线附近爆发性灭绝过程。这两项成果进一步明确了大灭绝模式，排除了种种以生物和环境的长期变化为大灭绝直接诱因的假说，使研究目标更加集中，具有重要的科学意义。

代表作有《PermianChronostratigraphicSubdivisions》和《PatternofMarineMassExtinctionnearthePermian-TriassicBoundaryinSouthChina》。

金玉玕创建了国家重点实验室的学术刊物《Palaeo world》，该刊物已成为由Elsevier出版的正式国际刊物，他还主办了第11届国际石炭系——二叠系地质大会，第二届国际古生物大会等。

截至2006年6月，金玉玕先后主持国家自然科学基金、中国科学院资环局重大基础研究、国家自然科学基金重大国际合作和国家973计划子项目等。

金玉玕重视年轻研究队伍的培养和成长，通过他的努力，南京地质古生物研究所“东特提斯晚古生代生物与环境演变”研究团队于2003年被批准为由国家基金委支持的优秀创新群体。

2001年，金玉玕当选为中国科学院院士。

金玉玕曾任中国科学院南京地质古生物研究所学术委员会主任、国际古生物协会副主席、国际地层委员会委员和二叠纪地层分会主席、国际二叠系上统工作组主席等职。

金玉玕的名字是由他的外祖父和父亲起的。玉是辈分，而玕的含义，据金玉玕本人的解说是：煤中无用的煤矸石或玉石的边角料，意思是无用之材料，但没考证到。而在辞海中，“玕”没有单独的注解，而是与琅连为琅玕，有美石的意思。

金玉玕在高考时取得了好成绩，在填写志愿时，他本想填写高分子类的专业，认为这个专业一定很有前途，但又想到，那类专业保密性强，自己的家庭出身（父亲曾买过十几亩地，土改时被划为地主成分），说不定不易被录取。考虑再三，就选择了地质。1955年，金玉玕考入了南京大学地质系。这样他和地层古生物“结了一生情缘”，和石头打起了交道。

上大学没多久，正值壮年的父亲因病去世，后来他主要靠姐姐和兄嫂接济才能继续读大学。为了节省路费，金玉玕寒暑假常不回家，尤其是暑假，他会去帮老师到野外打化石，背石头。有一年，他陪两位老师到栖霞山打化石，就住在栖霞寺中。平时和老师在一起，生活方面还可以，但周末老师回家了，就只有吃寺里的伙食，那是很稀的粥，都能照见人影。但后来他说，那能锻炼人的意志和毅力，除了能解决暑假期间的吃饭问题，也向老师学到了许多野外工作知识。他写的全国首篇牙形类化石论文的标本，就是那时收集的，也是在学生时代就开始写了，所以在1960年就发表了。

金玉玕参与编著的《中国腕足动物化石》和《腕足动物化石》两部总结性著作，是该研究领域的重要参考文献，为中国腕足动物化石研究奠定了扎实的基础。金玉玕的学术成就更突出表现在二叠纪地层系统上，其中有几项成就受世人瞩目，首先是由他论证并提出的新一代二叠纪年代地层系统被纳入新的国际地层表，其次在广西来宾建立起全球层型剖面，也就是给地质年代确立了一枚“金钉子”。再次他和合作者通过一系列的努力，又首次论证了地球历史上最大的生物绝灭事件实际上包括两次，在论证过程中，又为中国确立了另一枚“金钉子”，即浙江长兴阶底界。这两枚“金钉子”是至高无上的科学荣誉。（《现代快报》评）