Die Cinémathèque suisse sammelt, erfasst und bewahrt als schweizerisches Filmarchiv Belegstücke und Primärquellen zur Geschichte des Films und des Kinos. Ihre Sammlungstätigkeit ist auf das schweizerische und internationale Filmschaffen ausgerichtet. Sie erschliesst vier Sammlungsgebiete: Film, Bilder zum Film, Printmedien zum Film sowie historische Apparaturen.

Im Archivierungszentrum Penthaz (bei Lausanne) und in der Dokumentationsstelle Zürich werden Filmkopien, Fotografien, Produktions- und Promotionsunterlagen, aber auch Bücher, Zeitschriften, Kritiken und andere filmhistorisch bedeutsame Materialien gesichert und verwahrt. Der administrative Sitz der Cinémathèque befindet sich im Casino de Montbenon in Lausanne.

Die Cinémathèque restauriert mit grosser Sorgfalt Filme aus dem In- und Ausland. Sie stellt jährlich 1500 Filmkopien bereit, die in in- und ausländischen Kinos, an internationalen Festivals und in europäischen Filmarchiven vorgeführt werden. Im hauseigenen Kino in Lausanne werden täglich drei Filme aus dem Archivbestand gezeigt, ausserdem veröffentlicht die Cinémathèque kontinuierlich Filme aus ihrem Bestand auf DVD.

Dank der Unterstützung durch die Eidgenossenschaft, den Kanton Waadt und die Stadt Lausanne ist die Cinémathèque ein unschätzbares Instrument für Recherchen und Forschungen zum schweizerischen und internationalen Filmschaffen. Die Filmforschung findet insbesondere im Rahmen des Netzwerk Cinema CH statt, einer Kooperation von Schweizer Universitäten und Fachhochschulen.

Heute gilt die Cinémathèque suisse neben Washington, Brüssel, Paris, London und Moskau als das sechstgrösste Filmarchiv der Welt.