Ekoloģiskās bioģeogrāfijas datu ievākšanas metodes būtiski nav mainījušās gadu simtiem, taču mainījusies metodika un tehniskie līdzekļi. Sugu izplatības skaidrošanai ievāc mūsdienu materiālu (herbāriju, eksikātu un citu dzīvo organismu materiālu) un dokumentē to atradnes, kā arī izmanto fosilijas, subfosilijas, augu un dzīvnieku atliekas, putekšņu un sporu analīzes, dendrohronoloģijas datējumus. Sugu izplatības un izplatīšanās skaidrošanai arvien plašāk izmanto tālizpēti un dažādas tās tehnoloģijas, piemēram, radiolokācijas raidītājus dzīvniekiem vai hiperspektrālos sensorus un LiDAR (Light Detection And Ranging) lāzerskenēšanu. Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas (ĢIS) ļauj digitāli uzglabāt, attēlot un analizēt taksonu un to kopu izplatības datus, dodot iespēju vienlaicīgi darboties ar dažādiem telpiskiem slāņiem. Datu reprezentācijā izmanto kartēšanas metodes – punktu, kvadrātu un horopletu kartes, kā arī taksonu izplatības modelēšanu. Bioģeogrāfisko datu kvantitatīvajā analīzē dominē daudzdimensiju klasifikācijas metodes un ordinācijas metodes. Biokopu, augu sabiedrību un bioģeogrāfisko reģionu klasifikācijā izmanto hierarhisko klāsteru analīzi (cluster analysis) ar modifikācijām, Beijesa statistikas metodes (Bayesian statistics). Ordinācijas metodes palīdz noteikt un raksturot sugu izplatību vides gradientos (piemēram, augsnes mitrums, auglība, reakcija) un izskaidrot biokopu telpiskās struktūras veidošanās un pastāvēšanas likumsakarības. Biežāk izmantotā netiešās ordinācijas (indirect ordination) metode ir nemetriskā daudzdimensiju mērogošana (non-metric multidimensional scaling), bet tiešajā ordinācijā (direct ordination) – kanoniskā atbilstības analīze (canonical correspondence analysis).
Vēsturiskās bioģeogrāfijas pētījumos uzsvars ir uz kvalitatīvām izpētes metodēm un tās pielieto atbilstoši apakšnozarēm. Piemēram, vikariances bioģeogrāfijā ir divi virzieni – kladistiskā bioģeogrāfija un panbioģeogrāfija. Kladistiskās bioģeogrāfijas metožu pamatā ir sugu (taksonu) kladogrammu (sugu evolūcijas izpētei) un areālu kladogrammu (teritoriju filoģenētiskās saistības izpētei) konstruēšana. Izmantotās metodes ir Platnika un Nelsona komponentu analīze (component analysis of Platnik and Nelson), Brūka parsimonijas jeb taupības analīze (Brook’s parsimony analysis), Zandē un Ro savienojamības analīze (Zandee and Roos compatibility analysis) un citas. Filoģenētiskās un kladistikas metodes pieņem, ka kopīga bioģeogrāfiskā vēsture piemīt tiem taksoniem, kuriem līdzīgas filoģenētiskās pazīmes un izplatības raksts. Pēc kladogrammu topoloģiskās informācijas var rekonstruēt taksona izplatīšanās vēsturi, jo taksonu filoģenētiskās attiecības un vietu attiecības ir bioģeogrāfiski informatīvas. Filoģenētiskajā pieejā izstrādāti vairāki modeļi, piemēram, difūzijas, salu, hierarhiskās vikariances un tīklojuma modeļi. Arvien plašāk izmanto filoģeogrāfijas metodi – iekšsugas ģenealoģisko līniju izplatīšanās vēstures izpēti, izmantojot mitohondriju dezoksiribonukleīnskābi (DNS) dzīvniekiem un hloroplastu DNS augiem. Plaši izmanto molekulārās metodes, kuru pamatā ir genotipa DNS vai tās produktu (ribonukleīnskābes (RNS) un proteīnu) struktūru analīze ar DNS hibridizāciju, sekvencēšanu un molekulāro pulksteni. Taksonu vēsturiskās izplatības rekonstrukcijā pieaugoša nozīme ir ekoloģiskās nišas modeļu attīstībai, kombinējot tos ar detālām paleoklimata un paleoģeogrāfiskām kartēm.