Un troisième cycle de recherche regroupe des programmes de pratique artistique et de recherche au sein desquels les étudiant(e)s doivent concevoir, développer et réaliser des projets artistiques tout en menant un travail de recherche théorique. Chaque étudiant(e) sera encadré(e) par un(e) artiste et un(e) théoricien(ne) appartenant au corps enseignant de l'école, dont l'un(e) au moins sera titulaire d'une habilitation à diriger des recherches.
Le troisième cycle de l'école nationale supérieure des beaux-arts est intégré au programme doctoral Sciences, Arts, Création, Recherche (SACRe) au sein de la communauté d'universités et d'établissements Paris Sciences et Lettres - PSL Research University. Chaque programme est ouvert à des partenariats avec des établissements d'enseignement supérieur et de recherche, ou à des institutions professionnelles, publiques ou privées, en France ou à l'étranger.
Le programme général est soumis à l'avis du conseil pédagogique et à celui du conseil d'administration.
Au terme de ses trois années de recherche, le (la) doctorant(e) soumet ses travaux à un jury composé de ses encadrant(e)s, artiste et théoricien(ne), et d'un ensemble de personnalités qualifiées nommées par le directeur. C'est à ce jury qu'il appartient de délivrer le diplôme de troisième cycle.