Институт је основан 1947. године, у контексту интензивне индустријализације и технолошког развоја у Југославији после Другог светског рата. До данас је прошао кроз више трансформација у погледу проблематике истраживања и организационо-управљачке структуре. Трансформације института углавном су биле условљене реформама организације научног рада на националном нивоу и стањем у привредним гранама са којима је институт остваривао сарадњу.
Област истраживања института била је ограничена на поље машинства све до краја шездесетих и почетка седамдесетих година XX века, када се, његовом реорганизацијом, она проширује на све техничке науке (машинство, бродоградњу, аеродинамичка истраживања, грађевинарство електротехнику, технологију и металургију, аутономна електрична возила и индустријализовану стамбену изградњу). Од средине седамдесетих година у Институту се запажа све израженија оријентација ка мултидисциплинарним истраживањима нових материјала и технологија – од електронских, електрохемијских, преко оптичких и каталитичких, до биоматеријала и фармацеутских материјала. Активности у области стамбене изградње гасе се средином осамдесетих, а у области бродоградње после 2000.
1947–1954. институт у оквиру Српске академије наука (САН) финансиран из буџета САН;
1954–1958. установа са самосталним финансирањем, али САН и даље има оснивачка права;
1958–1961. научна установа са самосталним финансирањем; САНУ има оснивачка права;
1961–1968. издвајање из састава САНУ и претварање у самосталну научну установу која треба да послује као привредна организација;
1968– САНУ поново преузима оснивачка права; институт послује као самостална научна установа.
Институт техничких наука САНУ је акредитован по члану 31 став 2 Закона о САНУ (Сл. гласник 18/2010 од 23. 3. 2010).
Директори Института
- Владимир Фармаковски 1947-1954.
- Душан Величковић 1954-1963.
- Ненад Зрнић 1963-1981.
- Бранислав Билен 1981-2001.
- Драган Ускоковић 2001-2011.
- Зоран Г. Ђурић 2011–2021.
- Антоније Ђорђевић 2021–2022.
- Милош Томић 2022-