1882年克莱因正值学术高峰时，由于健康问题，他的研究逐渐转向数学教育，开始了编辑《数学科学及其应用百科全书》的计划。

这个出版计划是由克莱因和德国数学家W.F.迈尔（Wilhelm Franz Meyer，1856～1934）负责组织实施的。德国数学家W.von 狄克（Walther von Dyck，1856～1934）任编委会主席。1904年他撰写了一份报告，介绍出版该系列书的筹备情况。出版任务是尽可能全面介绍同时代的数学发展情况，包括自19世纪初数学方法的发展史的详细文献。这份报告成为百科全书的前言。1908年，他在罗马向国际数学委员会报告了此出版项目。

百科全书共6卷，第一卷“算术与代数”由迈尔编撰，在1898年至1904年间完成组稿、出版。第二卷“分析”系列，在1899年至1927年间出版，由奥地利数学家W.沃廷根（Wihelm Wirtinger，1865～1945）和德国数学家H.伯克哈德（Heinrich Burkhardt，1861～1914）共同编辑。第三卷为“几何”系列，由迈尔编辑。在1906年至1932年间完成组稿、出版。第四卷是“力学”，由克莱因和德国数学家C.米勒（Conrad Müller，1878～1953）编辑，在1901年至1914年间完成组稿、出版。第五卷为“物理”。由德国物理学家A.佐默费尔德（Arnold Sommerfeld，1868～1951）编辑，在1903至1926年间完成组稿、出版。第六卷包含两个部分，德国数论家P.富特文勒（Philipp Furtwängler，1869～1940）和E.魏查特（E.Weichart）共同编辑“测地学和地球物理学”，组稿和出版工作从1906年延续到1925年。德国天文学家K.史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916）和奥地利天文学家S.奥彭海姆（Samuel Oppenheim，1857～1928）共同编辑“天文学”部分，在1905年至1934年间完成组稿、出版。

数学史家I.格拉顿-吉尼斯（I.Grattan-Guinness, 1941～2014）曾评论说：“（该书）许多文章都是所涉及主题同类文章的第一篇，有几篇仍然是独一无二或最好的。它们中的一些（内容）提供了深度历史背景方面的极佳信息。”