ทรงเริ่มพัฒนาการพระศาสนา โดยเริ่มต้นที่วัดบวรนิเวศวิหาร ได้แก่ริเริ่มให้ภิกษุสามเณรที่บวชใหม่ เรียนพระธรรมวินัยในภาษาไทย มีการสอบความรู้ด้วยวิธีเขียน ต่อมาจึงกำหนดให้เป็นหลักสูตรการศึกษาสำหรับคณะสงฆ์ เรียกว่า นักธรรม ทรงจัดตั้ง มหามกุฎราชวิทยาลัย เป็นการริเริ่มจัดการศึกษาของพระภิกษุ สามเณรแบบใหม่ คือ เรียนพระปริยัติธรรม ประกอบกับวิชาการอื่น ที่เอื้ออำนวยต่อการสอนพระพุทธศาสนา ผู้ที่สอบได้จะได้เป็นเปรียญเช่นเดียวกับที่สอบได้ในสนามหลวง เรียกว่า เปรียญมหามงกุฎ แต่ได้เลิกไปในอีก 8 ปีต่อมา ทรงออกนิตยสาร ธรรมจักษุ ซึ่งเป็นนิตยสารทางพระพุทธศาสนา ฉบับแรกของไทย

ทรงอำนวยการจัดการศึกษาหัวเมืองทั่วราชอาณาจักรเมื่อปี พ.ศ. 2441 ตามพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวที่จะขยายการศึกษาขั้นพื้นฐานไปยังประชาชนทั่วราชอาณาจักร ทรงเห็นว่า วัดเป็นแหล่งให้การศึกษาแก่คนไทยมาแต่โบราณกาล เป็นการขยายการศึกษาได้เร็วและทั่วถึง เพราะมีวัดอยู่ทั่วไปในพระราชอาณาจักร ไม่ต้องสิ้นเปลืองงบประมาณแผ่นดิน งานนี้มีกระทรวงมหาดไทยเป็นหน่วยสนับสนุน พระองค์ดำเนินการอยู่ 5 ปี ก็สามารถขยายการศึกษาขั้นพื้นฐานคือ ชั้นประถมศึกษา ออกไปได้ทั่วประเทศ จากนั้นจึงให้กระทรวงธรรมการ ดำเนินการต่อไป

ทรงปรับปรุงการปกครองคณะสงฆ์ เพื่อให้การปกครองคณะสงฆ์เป็นไปด้วยดี เอื้ออำนวยต่อการพัฒนาตนเอง และประเทศชาติ จึงเกิด พ.ร.บ. ลักษณะปกครองคณะสงฆ์ ร.ศ. 121 (พ.ศ. 2445) ขึ้น ซึ่งเป็น พระราชบัญญัติคณะสงฆ์ฉบับแรกของไทย สาระสำคัญของ พ.ร.บ.ฉบับนี้ ได้จัดคณะสงฆ์ออกเป็น 4 คณะ คือ คณะเหนือ คณะใต้ คณะกลาง และคณะธรรมยุติกา มีสมเด็จพระราชาคณะเป็นเจ้าคณะ และมีพระราชาคณะรอง คณะละหนึ่งรูป รวมเป็น 8 รูป ทั้ง 8 รูปนี้ยกขึ้นเป็น มหาเถรสมาคม เป็นองค์กรสูงสุดของคณะสงฆ์ และเป็นที่ปรึกษาในการพระศาสนา และการคณะสงฆ์ของพระมหากษัตริย์ มีเจ้าคณะปกครองลดหลั่นไปตามลำดับคือ เจ้าคณะมณฑล เจ้าคณะเมือง เจ้าคณะแขวง และเจ้าอาวาส มีเสนาบดีกระทรวงธรรมการ เป็นผู้รับสนองพระบรมราชโองการ มหาเถรสมาคมเป็นเพียง ที่ทรงปรึกษา ขององค์พระมหากษัตริย์ ดังนั้นกระทรวงธรรมการ จึงต้องทำหน้าที่สังฆราชโดยปริยาย

พระองค์ได้ทรงปรับปรุงการพระพุทธศาสนา และทางคณะสงฆ์ในด้านต่าง ๆ เป็นอันมากโดยเริ่มงานตั้งแต่เสด็จไปตรวจการคณะสงฆ์ในหัวเมืองต่าง ๆ เกือบทั่วราชอาณาจักร โดยกระทำอย่างต่อเนื่องทุกปีเกือบ ตลอดพระชนม์ชีพ ทำให้ทรงทราบความเป็นไปของคณะสงฆ์ และของประชาชนในภูมิภาคต่าง ๆ เป็นอย่างดี และนำข้อมูลและปัญหาต่าง ๆ มาปรับปรุง แก้ไขในทุก ๆ ด้าน พอประมวลได้ดังนี้[17]

1. ด้านการพระศาสนา พระองค์ได้พัฒนาภิกษุสามเณร ให้มีความรู้ความสามารถในพระธรรมวินัย เพื่อจะได้แนะนำสั่งสอนประชาชนได้อย่างถูกต้องและเหมาะสม ทรงผลิตตำราและหนังสือทางพระพุทธศาสนา ที่คนทั่วไปสามารถอ่านทำความเข้าใจได้ง่าย
2. ด้านการคณะสงฆ์ ทรงออกพระมหาสมณาณัติ ประทานพระวินิจฉัยและทรงวางระเบียบ แบบแผน เกี่ยวกับความประพฤติปฏิบัติของพระภิกษุสามเณรในด้านต่าง ๆ ให้ถูกต้องเป็นมาตรฐาน เช่น ระเบียบเกี่ยวกับพระอุปัชฌาย์ การบรรพชาอุปสมบท การปกครองภิกษุสามเณรและศิษย์วัด การวินิจฉัยอธิกรณ์ ระเบียบเกี่ยวกับ สมณศักดิ์ พัดยศ นิตยภัต ดวงตราประจำตำแหน่ง เป็นต้น
3. ด้านการศึกษา ทรงปรับปรุงการศึกษาของคณะสงฆ์ให้ทันสมัย ทรงจัดการศึกษาพระปริยัติ ธรรมเพิ่มขึ้นจากแบบเดิมที่ศึกษาภาษาบาลี โดยให้ศึกษาพระธรรมวินัยในภาษาไทยเรียกว่า หลักสูตร นักธรรม
4. งานพระนิพนธ์ พระองค์ทรงรอบรู้ภาษาต่าง ๆ หลายภาษา คือ ภาษาบาลี ภาษาสันสกฤต ภาษาอังกฤษ และภาษาฝรั่งเศส ได้ทรงนิพนธ์เรื่องต่าง ๆ ไว้เป็นอันมาก เช่น หนังสือหลักสูตรนักธรรมชั้นตรี โท เอก หลักสูตรบาลี ไวยากรณ์ทั้งชุด รวมพระนิพนธ์ทั้งหมดมีมากกว่า 200 เรื่อง นอกจากนี้ยังทรงชำระ คัมภีร์บาลีไว้กว่า 20 คัมภีร์[18]