La scolarité est conçue comme une découverte des mathématiques dans les enjeux scientifiques contemporains à partir d'une formation solide et approfondie à la recherche par la recherche.
Le partenariat avec l'Université Paris-Saclay en première année de scolarité, avec l'Ecole Polytechnique et l'Université Paris-Saclay en deuxième année permet de proposer des cours dans l'ensemble des domaines des mathématiques. Les élèves du département sont d'ailleurs incités pendant leurs années d'Ecole à découvrir et à parcourir un large spectre des mathématiques des plus appliquées aux plus fondamentales.
La taille humaine du département permet un suivi précis individuel des élèves et les cursus sont élaborés en discussion avec les enseignants chercheurs du département.
La très grande majorité des normaliens du département poursuivent leur scolarité par une thèse pour s'orienter dans la recherche académique ou en entreprise en France ou à l'étranger (voir la page consacrée au devenir des anciens élèves du département de mathématiques à la sortie de l'Ecole)
L'existence d'une préparation très ambitieuse à l'agrégation de mathématiques dans le cadre du master de Formation à l'Enseignement Supérieur ouvre également les débouchés de l'enseignement en classes préparatoires.
Chaque année, le département recrute sur concours environ 17 normaliens en 1ère année et 12 normaliens en 3ème année (second concours). Il recrute également sur dossier quelques étudiants non normaliens dans la formation en mathématiques de l'ENS Paris-Saclay essentiellement en 1ere année en L3, mais aussi en 2ème année en M1 voie Hadamard. La préparation à l'agrégation accueille également des étudiants non normaliens de Paris-Saclay que l'on appelle communément auditeurs libres. Il délivre environ 70 diplômes de master et compte une trentaine d'agrégés issus de sa préparation.