Die Goetheschule Ilmenau wird von 758 Schülerinnen und Schülern besucht, von denen 67 die mathematisch-naturwissenschaftlichen Spezialklassen (Jahrgangsstufen 9-13) besuchen. Insgesamt 69 Lehrkräfte unterrichten an der Schule. Die Schule ist Hauptsitz eines Regionalzentrums für Begabtenförderung.
Interessierte Schülerinnen und Schüler erhalten in Klassenstufe 7/8 einen erweiterten MINT-Unterricht. Ab Klasse 9 genießen Gymnasiasten aus ganz Deutschland zusätzliche Förderung in mathematisch-naturwissenschaftlichen Spezialklassen. Auswärtige Spezialschülerinnen und -schüler wohnen von Sonntagabend bis Freitag im Internat der Schule.
Informatik ist in Klasse 9/10 obligatorisch. Jede Schülerin und jeder Schüler nimmt in einem MINT-Fach am wahlobligatorischen Unterricht teil, in dem wissenschaftlich- experimentell gearbeitet wird. In Klasse 11/12 kann jede Schülerin und jeder Schüler 4 MINT-Fächer auf e. A.-Niveau belegen.
Kooperation mit der TU Ilmenau, regionalen Wirtschaftsunternehmen wie BN/Automation, dem Solardorf Kettmannshausen, dem Schülerforschungszentrum, der „Jugend Unternehmens Werkstatt“ u.a. ist Grundlage für Facharbeiten, Praktika und „Jugend forscht“, wo Goetheschülerinnen und -schüler landes- und bundesweit bereits Erfolge feierten. Gleiches gilt für nationale und internationale MINT-Wettbewerbe.
Seit 2015 stellt die Schule das MINT-EC-Zertifikat aus.