Das Carl-Zeiss-Gymnasium ist eine Schule mit mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Spezialklassen und versteht sich als Zentrum der Begabungsförderung in Ostthüringen. Zur 9. Klasse werden Aufnahmeprüfungen vorgenommen. Ab dieser Klassenstufe ist eine Unterbringung im Internat möglich. Träger des Internats ist die Firma Jevatec.
Zur Schule gehört ein Regionalzentrum für Begabungsförderung. Durch Arbeitsgemeinschaften und Korrespondenzzirkel werden Schülerinnen und Schüler in Mathematik, den Naturwissenschaften und Informatik über den Unterricht hinaus gefördert. Im Regionalzentrum liegt der Schwerpunkt der Förderung in den Klassenstufen 5-8.
Das Carl-Zeiss-Gymnasium ist zudem eine von acht Schulen in Thüringen, die an der ersten Projektphase (Januar 2018 bis Juni 2023) der Umsetzung der Gemeinsame[n] Initiative von Bund und Ländern zur Förderung leistungsstarker und potenziell besonders leistungsfähiger Schülerinnen und Schüler (»Leistung macht Schule – LemaS«) teilgenommen und als Pilotschule unter wissenschaftlicher Begleitung schulische und außerunterrichtliche Strategien und Maßnahmen zur Förderung leistungsstarker und potenziell besonders leistungsfähiger Schülerinnen und Schüler entwickelt hat. Zu den acht Pilotschulen gehören zwei Grundschulen, drei Gemeinschaftsschulen und drei Gymnasien.
Mit Beginn der zweiten Förderphase im Juli 2023 werden die Ergebnisse aus der ersten Phase bis Ende 2027 im Rahmen von 100 Netzwerken bundesweit in weitere Schulen transferiert und dort verankert. In Thüringen erfolgt der Wissenstransfer in drei regionalen Schulnetzwerken mit insgesamt 17 Schulen (fünf Grundschulen, vier Gemeinschaftsschulen, acht Gymnasien). Die acht Schulen der ersten Förderphase fungieren hier als Multiplikatorinnen.
Die Schulen werden bei der Umsetzung des Projekts auf Landesebene vom Thüringer Ministerium für Bildung, Jugend und Sport (TMBJS) und vom Thüringer Institut für Lehrerfortbildung, Lehrplanentwicklung und Medien (Thillm) unterstützt. Weitere Informationen gibt es im LänderSPECIAL Thüringen.
Die Schule ist Mitglied im MINT-EC – dem nationalen Excellence-Schulnetzwerk mathematisch-naturwissenschaftlicher Schulen sowie BwInf-Schule 2017/2018 und hat darüber hinaus weitere Auszeichnungen und Preise erhalten.