Jego zainteresowania naukowe obejmowały historię sztuki barokowej i klasycystycznej, kulturę artystyczną Polski XVII-XIX wieku, sztukę sakralną oraz muzeologię. Badał m.in. twórczość Rembrandta i Norblina, gromadził materiały o historii i architekturze pałaców warszawskich, inwentaryzował dzieła sztuki kościołów jezuitów i pijarów w Warszawie, a także zbiory Biblioteki Fundacji hrabiego Baworowskiego we Lwowie i Muzeum Książąt Czartoryskich w Gołuchowie. Prowadził katalogowanie zbiorów Muzeum Narodowego w Warszawie (m.in. zbiory miniatur portretowych); pracę kontynuował także podczas okupacji hitlerowskiej (do 1943). W 1917 zorganizował na UW Seminarium Historii Sztuki; wśród jego uczniów był m.in. Stanisław Lorentz.
Materiały archiwalne Zygmunta Batowskiego znajdują się w PAN Archiwum w Warszawie pod sygnaturą III-2Spis inwentarzy, Polska Akademia Nauk Archiwum w Warszawie, [dostęp 2023-12-06]..
Zginął zamordowany przez hitlerowców pod murem Ogrodu Saskiego w Warszawie w 1944 roku. Na cmentarzu Powązkowskim w Warszawie (kwatera 107-2-13) znajduje się jego grób symboliczny, w którym spoczywa jego żona Natalia z rodziną.