Mākslas pedagoģijā izmanto teorētiskās un empīriskās pētniecības metodes, kā arī datu apstrādes metodes. Teorētiskās pētniecības metodes (piemēram, zinātniskās literatūras analīze, avotu izvērtēšana, modelēšana u. c.) nodrošina teorētisko nostādņu analīzi un izpratni, palīdz izvērtēt empīriskajā pētījumā iegūtos faktus un dod konceptuālu pamatojumu empīriskās pieredzes interpretācijai. Daudzveidīgas empīriskās pētniecības metodes (piemēram, novērošana, aptaujas, pedagoģiskais eksperiments, ekspertu metode, situāciju analīze, fokusgrupu diskusijas, pedagoģiskās pieredzes analīze, videoanalīze, radošo darbu analīze u. c.) mākslas pedagoģijā tiek īstenotas kompleksi. Tās dod iespēju pētīt pedagoģiskās parādības un procesus, izvērtēt esošo situāciju un pilnveidot mākslas mācību priekšmetu mācīšanu un mācīšanos. Mākslas pedagoģijas problēmu pētniecībā teorētiskajām un empiriskajām metodēm ir jābūt savstarpēji saskaņotām. Empīrisko datu apstrādei un vispārināšanai izmanto daudzveidīgas iegūto datu statistiskās apstrādes metodes (piemēram, dispersiju analīzi, faktoru analīzi, korelāciju analīzi u. c.), kuras dod iespēju mērīt un analizēt iegūto datu validitāti, pētāmās parādības sasniegto līmeni un atklāt savstarpējās sakarības starp dažādām pazīmēm.
Mākslas pedagoģijas problēmu teorētiskā un empīriskā izpētē līdzās pedagoģijas zinātnē vispārpieņemtajām pētniecības metodēm izmanto arī socioloģiskās pētniecības metodes (piemēram, līdzdalīgo novērojumu, padziļinātās intervijas u. c.), kuras nodrošina estētisko parādību kā sociālu fenomenu izpēti, un psiholoģiskās pētniecības metodes (piemēram, muzikālās dzirdes, emocionālās inteliģences noteikšanas testus), ar kuru palīdzību konstatē mākslas darba uztveri, pārdzīvojumu un izpratni, pēta personības radošo pašizpausmi un mākslinieciskās jaunrades darba rezultātus.
Mākslas pedagoģijā tiek īstenoti arī vēsturiskie pētījumi, kuri dod iespēju atklāt mākslas iestāžu un mākslas pedagoģijas ideju vēsturisko attīstību. Vēsturiskajos pētījumos izmanto mākslas pedagogu biogrāfiju un radošos darbos ietverto ideju analīzi, kā arī vēsturiski loģisko, vēsturiski salīdzinošo, vēsturiski hronoloģisko un citas pētniecības metodes.