ด้านกฎหมาย

ในรัชสมัยของพระองค์ มีการลดภาษีอากร ลดหย่อนค่านา ยกเลิกการเก็บอากรตลาด เปลี่ยนเป็นเก็บภาษีโรงร้านเรือนแพจากผู้ค้าขายรายใหม่ ประกาศมิให้ตกข้าวแก่ชาวนา ออกพระราชบัญญัติกำหนดใช้ค่าที่ดินให้ราษฎรเมื่อมีการเวนคืน ออกประกาศเตือนราษฎรให้รอบคอบในการทำนิติกรรม ยังมีการออกกฎหมายสำคัญ คือกำหนดลักษณะของผู้ที่จะถูกขายเป็นทาสให้เป็นธรรมยิ่งขึ้น โปรดเกล้า ฯ ให้ยกเลิกกฎหมายเดิมที่ให้ สิทธิบิดา มารดา และสามีในการขายบุตรและภรรยา และตราพระราชบัญญัติใหม่ให้การซื้อขายทาส เป็นไปด้วยความยินยอมของเจ้าตัวที่จะถูกขายเป็นทาสเท่านั้น[12]

ด้านวรรณคดีพุทธศาสนา

พระองค์ทรงเอาพระทัยใส่ทำนุบำรุงเป็นอย่างดี พระราชนิพนธ์ส่วนใหญ่เป็นประเภทร้อยแก้ว บทพระราชนิพนธ์ที่สำคัญ ได้แก่

• ชุมนุมพระบรมราโชบาย 4 หมวด คือ หมวดวรรณคดี โบราณคดี ธรรมคดี และตำรา
• ตำนานเรื่อง พระแก้วมรกต เรื่องปฐมวงศ์
• ทรงริเริ่มให้มีการค้นคว้าศิลาจารึกในประเทศไทยขึ้นเป็นครั้งแรก คือ จารึกหลักที่ 1 ของพ่อขุนรามคำแหงและจารึกหลักที่ 4 ของพระยาลิไทย

ด้านพระพุทธศาสนา

พระองค์ทรงฟื้นฟูพระพุทธศาสนาให้รุ่งเรือง โดยทรงตั้งธรรมยุตติกาวงศ์ขึ้น เป็นนิกายใหม่ในพระพุทธศาสนา ที่มีความเคร่งครัดในพระธรรมวินัยและระเบียบแบบแผนด้านพระพุทธศาสนา

ด้านความสัมพันธ์กับต่างประเทศ

ด้วยเหตุที่ทรงสนพระทัยในวิทยาการตะวันตกมาตั้งแต่ก่อนขึ้นครองราชย์ จึงทรงคุ้นเคยกับชาวตะวันตกโดยเฉพาะอังกฤษเป็นอย่างมาก ทั้งยังเกี่ยวข้องกับเสนาบดีสกุลบุนนาคเช่นพระยาศรีสุริยวงศ์ (ช่วง บุนนาค) ผู้กราบบังคมทูลเชิญเสด็จขึ้นครองราชย์นั้นก็เป็นผู้สนิทสนมและนิยมอังกฤษ เช่นนี้ในรัชสมัยของพระองค์จึงเปิดความสัมพันธ์กับประเทศตะวันตกอย่างกว้างขวาง มีการทำสัญญากับต่างประเทศถึง 10 ประเทศ ทรงยึดนโยบาย "ผ่อนสั้น ผ่อนยาว" มาใช้กับประเทศมหาอำนาจเป็นพระองค์แรกในสมัยรัตนโกสินทร์ อันทำให้ไทยสามารถดำรงเอกราชอยู่ได้จนทุกวันนี้ พระองค์ได้ส่งคณะทูตไทยโดยมีพระยามนตรีสุริยวงศ์เป็นราชทูต เจ้าหมื่นสรรเพ็ชภักดีเป็นอุปทูต หมื่นมณเฑียรพิทักษ์เป็นตรีทูต นำพระราชสาส์นไปถวายสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งอังกฤษนับเป็นความคิดริเริ่มให้มีการเดินทางออกนอกประเทศได้ เนื่องจากแต่เดิมกฎหมายห้ามมิให้ เจ้านาย พระราชวงศ์ ข้าราชการผู้ใหญ่เดินทางออกจากพระนคร เว้นเสียแต่ไปในการสงครามกับกองทัพ

พระองค์โปรดเกล้าให้ชาวต่างประเทศรับราชการเป็นกงสุลไทย เช่น เซอร์ จอห์น เบาริง อัครราชทูตของสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งสหราชอาณาจักร สมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งประเทศอังกฤษ เข้ามาทำสนธิสัญญากับประเทศไทยเป็นชาติแรก เมื่อ พ.ศ. 2398 ได้พระราชทานบรรดาศักดิ์เป็น "พระยาสยามานุกูลกิจ สยามมิตรมหายศ" เป็นกงสุลไทยประจำกรุงลอนดอน

การรุกรานอินโดจีนของฝรั่งเศส

เมื่อราชสำนักเวียดนามตั้งตัวเป็นศัตรูต่อศาสนาคริสต์ ทำให้ฝรั่งเศสมีเหตุผลที่จะใช้กำลังทหารเข้าแทรกแทรงเวียดนามด้วยกำลังอาวุธ ท้ายที่สุดเวียดนามก็เสียภาคใต้แก่ฝรั่งเศสในวันที่ 9 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2402 รัฐบาลสยามค่อนข้างยินดีที่ฝรั่งเศสทำให้ภัยคุกคามต่อสยามจากเวียดนามกำลังจะหมดไป และปรารถนาที่กระชับไมตรีกับฝรั่งเศสในทันทีที่ฝรั่งเศสเข้าปกครองเวียดนามทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ราชสำนักเวียดนามในกรุงฮานอยได้ส่งราชทูตลับมายังกรุงเทพ เพื่อเสนอยกบางส่วนของไซ่ง่อนให้สยาม[13] แลกกับการที่สยามจะต้องให้เวียดนามเดินทัพผ่านเขมร(ซึ่งเป็นประเทศราชของสยาม)เพื่ออ้อมไปโจมตีฝรั่งเศส[13] แม้พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจะไม่เห็นด้วย แต่เนื่องจากพวกขุนนางสยามสนับสนุนข้อเสนอดังกล่าวทำให้พระองค์ต้องยอมตาม ดังนั้นสยามจึงยกทัพเข้าประจำชายแดนด้านตะวันออกติดกับเวียดนาม และยื่นคำขาดว่า หากเวียดนามกระทำการใดที่เป็นการรุกรานเขมรแล้ว สยามจะบุกเวียดนามทันที

รัฐบาลฝรั่งเศสมองว่าการกระทำดังกล่าวเป็น "นโยบายเหยียบเรือสองแคม" ของสยาม[14] คือวางตัวเป็นกลางระหว่างเวียดนามและฝรั่งเศส ส่วนกงสุลฝรั่งเศสก็เรียกร้องต่อรัฐบาลสยามเพื่อขอทำสนธิสัญญากับเขมรโดยตรง เนื่องจากเขมรมีพรมแดนร่วมกับไซ่ง่อนซึ่งอยู่ในบังคับของฝรั่งเศสแล้ว ขณะเดียวกัน สหรัฐอเมริกาและอังกฤษก็พยายามยุแยงให้สยามไม่ไว้วางใจฝรั่งเศส การที่รัฐบาลสยามเอาแน่เอานอนไม่ได้เช่นนี้ ทำให้รัฐบาลฝรั่งเศสมีความเห็นว่าฝรั่งเศสควรจะแสดงบทบาทเป็นผู้อารักขาอินโดจีนเสียเลย ดังนั้นรัฐบาลฝรั่งเศสจึงมีโทรเลขถึงรัฐบาลสยาม เรียกร้องสิทธิของฝรั่งเศสเหนือเขมรและเรียกร้องขอทำสนธิสัญญาโดยตรงกับเขมร โดยอ้างชัยชนะของตนในเวียดนามใต้ รัฐบาลสยามปฏิเสธในทันที เรียกร้องให้มีการเจรจากันที่กรุงเทพ[14] ในระหว่างนี้สยามได้ชิงตัดหน้าฝรั่งเศสทำสนธิสัญญากับเขมรอย่างลับ ๆ ใน พ.ศ. 2406 มีเนื้อหาระบุว่าเขมรยอมรับอธิปไตยของสยามเหนือเขมร

ในปีพ.ศ. 2410 รัฐบาลสยามทำสนธิสัญญากับฝรั่งเศส โดยสยามยกดินแดน 123,050 ตร.กม. พร้อมเกาะ 6 เกาะให้เป็นดินแดนในอารักขาของฝรั่งเศส และฝรั่งเศสก็รับรองว่าดินเขมรส่วนใน อันประกอบด้วย พระตะบอง เสียมราฐ ศรีโสภณ เป็นดินแดนในอธิปไตยของสยาม

ด้านการศึกษาศิลปวิทยา

พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงเป็นนักดาราศาสตร์ไทย ทรงการคำนวณการเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงได้อย่างแม่นยำในวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 ล่วงหน้า 2 ปี[16] และได้เสด็จพระราชดำเนินพร้อมเชิญทูตฝรั่งเศสและสิงคโปร์ทอดพระเนตรสุริยุปราคาครั้งนั้น นอกจากนี้ พระปรีชาสามารถของพระองค์ในด้านวิทยาศาสตร์นั้น ยังทำให้พระองค์ได้รับการยกย่องเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ของสัตววิทยาสมาคมแห่งสหราชาอาณาจักรอีกด้วย[17] วันที่ 14 เมษายน พ.ศ. 2525 รัฐบาลพลเอกเปรม ติณสูลานนท์ ประกาศยกย่องพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเป็น "พระบิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย" และอนุมัติให้วันที่ 18 สิงหาคมของทุกปีเป็นวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

ทรงใส่พระทัยกวดขันคนไทยให้ใช้ภาษาไทยให้ถูกต้อง ทรงสนับสนุนโรงเรียนของหมอสอนศาสนาที่เข้ามาเปิดกิจการในประเทศไทยเพื่อให้คนไทยได้เรียนรู้ภาษา อรรถคดี และวิทยาการของชาติตะวันตก ทรงพระกรุณาส่งข้าราชการระดับบริหารไปศึกษางานที่จำเป็น สำหรับราชการไทย ณ ต่างประเทศ ทรงพระกรุณาโปรดเกล้า ฯ จัดตั้งโรงอักษรพิมพการขึ้นในพระบรมมหาราชวัง ผลิตข่าวสารของทางราชการเผยแพร่ให้ราษฎรได้ทราบทั่วถึงกัน ใช้ชื่อว่า ราชกิจจานุเบกษา ซึ่งยังคงพิมพ์มาจนถึงปัจจุบัน

ด้านโหราศาสตร์

นอกจากนี้แล้ว ยังทรงเป็นนักโหราศาสตร์อีกด้วย ทรงแต่งตำราทางโหราศาสตร์ที่เรียกว่า "เศษพระจอมเกล้า" ซึ่งเป็นอีกหนึ่งตำราที่ได้รับการยอมรับว่าแม่นยำ [18] และทรงได้รับการยกย่องเชิดชูเกียรติว่าทรงเป็น "พระบิดาแห่งโหราศาสตร์ไทย" [19]