Ustawa (statut) Towarzystwa Naukowego Warszawskiego, zarejestrowana 1 marca 1907 roku, stwierdzała, że jest ono powołane „w celu rozwijania i popierania badań we wszystkich gałęziach wiedzy oraz ogłaszania dzieł naukowych w języku polskim”. Obok możliwości zebrań i wydawania publikacji, TNW mogło „dostarczać członkom swym środków do prowadzenia badań naukowych”, urządzać konkursy, wykłady, odczyty oraz „utrzymywać biblioteki i niezbędne do badań naukowych zbiory, gabinety, pracownie”. Powołano trzy wydziały: Językoznawstwa i Literatury, Nauk Antropologicznych, Społecznych, Historii i Filozofii oraz Nauk Matematycznych i Przyrodniczych. W ramach wydziałów działały komisje dyscyplinowe. Działalność TNW statutowo ograniczono do Królestwa Polskiego. Członków dzielono na rzeczywistych i honorowych. Rzeczywistymi mogły być „osoby posiadające stopnie naukowe, jako też znane z prac w dziedzinie nauki lub literatury”. Rekomendacje (dwie) oceniał zarząd, a wyboru dokonywało zebranie ogólne. Na członków rzeczywistych zamieszkałych w Warszawie nakładano obowiązek udziału w zebraniach, do władz TNW wybierano tylko osoby miejscowe. W zarządzie byli: prezes, wiceprezes, sekretarz, sześciu członków oraz z urzędu przewodniczący wydziałów. Członków rzeczywistych obowiązywały składki roczne (10 rs). Na zebraniach wydziałów przedstawiano i oceniano rozprawy oraz decydowano o druku i zasiłkach na badania.

Do pierwszego składu członkowie założyciele TNW powołali w wydziałach 16, 29 i 39 członków. Pierwszą siedzibą towarzystwa były trzy pokoje, wydzielone z mieszkania przez Ignacego Baranowskiego (Krakowskie Przedmieście 7). Korespondencję roznosił woźny Stowarzyszenia Właścicieli Nieruchomości. W roku 1911 Józef Potocki ofiarował TNW dom (Kaliksta 8, przemianowano ulicę na Śniadeckich) wartości ponad 200 tys. rubli. Liczne było grono wspierających finansowo TNW. Józef Pawiński ofiarowując TNW 10 tys. rubli (1912), wskazywał, iż na te oszczędności z praktyki lekarskiej złożyły się „tysiące nieszczęśliwych istot (...) składają tę ofiarę na ołtarzu nauki polskiej w nadziei, że przyczyni się (...) do wzmocnienia ducha i sił narodowych”.

Podstawowy wysiłek towarzystwo skierowało na tworzenie pracowni badawczych z zakresu nauk przyrodniczych oraz Gabinetu Nauk Historycznych i Biblioteki (tymi dwoma kierował Marceli Handelsman – w 1938 roku biblioteka liczyła już 14 375 tomów). W 1913 roku zaczęła działać Rada Pracowni Naukowych, po roku uruchomiono „Rocznik”, publikowano też prace seryjne wydziałów. Badania finansowała Kasa Mianowskiego, także w czasie I wojny światowej. Połowa kierowników pracowni przeszła (1915) do uniwersytetu i politechniki.

Mimo powojennego kryzysu powołano w roku 1920 Instytut Biologiczny im. Marcelego Nenckiego, a w roku następnym Instytut Antropologiczny wraz z Muzeum Prehistorycznym im. Erazma Majewskiego. Kryzys ogarnął publikacje, w latach 1919−1925 zawieszono nawet druk „Rocznika”. O ile w roku 1924 opublikowano zaledwie 5 arkuszy, to w 1929 już 246 (w kolejnych latach podobnie, z wyjątkiem 1931 i 1934 roku).

Wydawnictwa ukazywały się w seriach „Prace TNW” i „Wydawnictwa TNW”. Do tego doszły serie wydziałowe. W roku 1924 uchwałą RM przyznano TNW dzierżawę Pałacu Staszica (na 36 lat za symboliczny 1 zł rocznie).

Nowy Statut TNW, z 18 marca 1928 roku, wprowadzał akademizację. Powołano dodatkowo Wydział IV Nauk Biologicznych, przekształcając nazwy i zakres pozostałych wydziałów: I – Językoznawstwa i Historii Literatury i Sztuki, II – Nauk Historycznych, Społecznych i Filozoficznych, III – Nauk Matematyczno−Fizycznych. Członków podzielono na zwyczajnych i korespondentów, a zwyczajnych na miejscowych i zamiejscowych (numerus clausus po 20 w każdym wydziale i kategorii). W listopadzie 1929 roku pojawił się projekt przebudowy TNW w „drugą akademię”, zablokowany przez tych członków TNW, którzy byli zarazem członkami PAU. Nie chodziło tylko o osłabienie pozycji PAU. TNW preferowało prowadzenie zakładów badawczych (choć niektóre słabsze zlikwidowało), uwzględniało nauki społeczne, powołało (1930) Wydział V – Nauk Technicznych, tożsamy w składzie i działalności z Akademią Nauk Technicznych (powołaną w Warszawie w 1920 roku), wyodrębniło też trzy sekcje: Nauk Lekarskich, Nauk Rolniczych oraz Nauk Prawniczych i Ekonomicznych. W statucie z 1930 roku mówiono o wiedzy „czystej i stosowanej” i o tym, że na członków TNW „mogą być wybierani wybitni uczeni i badacze”. Do tego, jak oceniał Nawroczyński, TNW „z instytucji niezależnej od funduszów państwowych stało się (...) instytucją subsydiowaną”.

Przed I wojną światową TNW liczyło 113 członków, w roku 1937 doszło do 279, w tym: 194 zwyczajnych, 70 korespondentów i 15 nadzwyczajnych. Prezesami towarzystwa byli kolejno: Aleksander Jabłonowski, Teodor Dydyński, Bronisław Chlebowski, a po odzyskaniu niepodległości: Jan Karol Kochanowski, Kazimierz Żorawski i Wacław Sierpiński. Wśród sekretarzy generalnych wyróżniały się kadencje Franciszka Puławskiego (od 1909, z przerwami, do 1925), a po nim: Stanisława Szobera, Edwarda Lotha i Stefana Mazurkiewicza.