"Курчатовский институт" был основан в Москве в 1943 году как секретная Лаборатория N2 для решения проблемы создания советской атомной бомбы. Игорь Васильевич Курчатов стал научным руководителем программы мирного использования атома, работ по созданию атомного подводного флота и единственного в мире атомного ледокольного флота. После смерти создателя, Игоря Васильевича Курчатова, Институт атомной энергии получил его имя.
В 1960-1970-х годах настал этап меганауки: строительства ускорителей, синхротронных источников и нейтронных реакторов. В ХХI веке в Курчатовском институте продолжают развиваться как традиционные, так и новые научные направления: атомная энергетика и ядерный топливный цикл, управляемый термоядерный синтез, фундаментальные исследования, информационные технологии и системы, технологии и разработки двойного назначения, биомедицинские технологии и ядерная медицина, нанотехнологии, нанодиагностика и материаловедение.
Новым прорывным направлением для Курчатовского института стала конвергенция нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий.
В 2008 году Курчатовский институт стал первым в стране Национальным исследовательским центром, он объединил научно-исследовательский и экспериментальный потенциал ведущих ядерно-физических центров России: ИТЭФ (Москва), ИФВЭ (Протвино, Московская область), ПИЯФ (Гатчина, Ленинградская область).
В 2009 году создан не имеющий мировых аналогов Курчатовский НБИКС-центр. Основная цель НБИКС-конвергенции — соединение высших технологических достижений, как например микроэлектроника, с принципами живой природы и создание на их основе гибридных материалов и антропоморфных систем бионического типа.
В 2016 году к НИЦ "Курчатовский институт" присоединились ЦНИИ КМ "Прометей" (Санкт-Петербург) и НИИ химических реактивов и особо чистых химических веществ ИРЕА (Москва), а в 2017 году — ГосНИИгенетика (Москва).