Viện KH&KTHN được thành lập theo Quyết định số 18-CT, ngày 21/1/1991 của Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng (nay là Thủ tướng Chính phủ) trên cơ sở sát nhập một số đơn vị trực thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Quốc gia (nay là Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam), bao gồm: Viện 481 (chuyển từ Bộ quốc phòng về Viện NLNTQG), Trung tâm Chiếu xạ, Ban Triển khai kỹ thuật, Phòng Điện nguyên tử, Phòng Vật lý lý thuyết, Ban Kỹ thuật hạt nhân và An toàn bức xạ. Viện có chức năng nghiên cứu và triển khai ứng dụng khoa học và kỹ thuật hạt nhân. Nhiệm vụ của Viện được quy định theo Quyết định số 42/QĐ, ngày 23/3/1991 của Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Quốc gia và được sửa đổi, bổ sung trong các văn bản pháp lý tiếp theo: Điều lệ về tổ chức và hoạt động của Viện KH&KTHN ban hành kèm theo Quyết định số 66/QĐ-TCCB, ngày 12/7/1995, Điều lệ về tổ chức và hoạt động của Viện KH&KTHN ban hành kèm theo Quyết định số 213/QĐ-VNLNT, ngày 5/8/1999, Điều lệ về tổ chức và hoạt động của Viện KH&KTHN ban hành kèm theo Quyết định số 737/QĐ-VNLNT, ngày 28/7/2005 của Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Điều lệ về tổ chức và hoạt động của Viện KH&KTHN ban hành kèm theo Quyết định số 357/QĐ-VNLNT ngày 26/8/2014 của Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam.
Trong thời kỳ đầu mới thành lập, tổ chức của Viện bao gồm các phòng chức năng và đơn vị nghiên cứu – triển khai sau đây:
1. Phòng Hành chính –Tổ chức (1991)
2. Phòng Tổng hợp kế hoạch (1991)
3. Trung tâm Chiếu xạ (1986)
4. Trung tâm Kỹ thuật An toàn bức xạ và Vật lý hạt nhân (1991)
5. Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân (1993)
6. Phòng Năng lượng hạt nhân
7. Phòng Vật lý lý thuyết
8. Phòng Tin học ứng dụng (1992)
Những năm tiếp theo, tổ chức của Viện nhiều lần được điều chỉnh về cơ cấu, quy mô và tên gọi cho phù hợp với yêu cầu nhiệm vụ phát triển và quy hoạch chung của ngành:
- Tháng 6/1995: Phòng Năng lượng hạt nhân được nâng cấp thành Trung tâm Năng lượng hạt nhân. Đây là bước đi quan trọng về tổ chức nhằm thúc đẩy việc triển khai các nhiệm vụ do Nhà nước giao từng bước đưa điện hạt nhân vào Việt Nam.
- Tháng 1/1998: Phòng tin học ứng dụng nâng cấp thành Trung tâm máy tính sau khi được Viện Nghiên cứu Hoá -Lý (RIKEN-Nhật Bản) viện trợ hệ máy tính đủ khả năng kết nối thành mạng LAN và truy cập Internet. Nhiệm vụ của Trung tâm được mở rộng, kết hợp việc nghiên cứu thiết kế, ứng dụng các phần mềm tính toán với quản lý, vận hành mạng.
- Tháng 11/1999: Thành lập Trung tâm Nghiên cứu cơ bản và Tính toán trên cơ sở sát nhập 2 đơn vị: Phòng Vật lý lý thuyết và Trung tâm Máy tính với mục đích tăng cường hiệu quả sử dụng hệ máy tính được viện trợ trong hoạt động nghiên cứu và giảm các đầu mối trực thuộc.
- Điều lệ Tổ chức và hạt động của Viện ban hành tháng 7/1995 cho phép đổi tên Trung tâm Kỹ thuật An toàn bức xạ và Vật lý hạt nhân thành Trung tâm Kỹ thuật An toàn bức xạ (ATBX). Nhiệm vụ nghiên cứu vật lý và các phương pháp hạt nhân được giao cho Trung tâm ứng dụng kỹ thuật thực hiện. Đến tháng 8/1999, một lần nữa Trung tâm được đổi tên thành Trung tâm Kỹ thuật An toàn bức xạ và môi trường. Khi đó cùng với nhiệm vụ đảm bảo an toàn bức xạ, vấn đề sử dụng các phương pháp hạt nhân để nghiên cứu bảo vệ môi trường đã được đẩy mạnh triển khai tại đơn vị.
- Nắm bắt được xu thế phát triển nhanh chóng ứng dụng kỹ thuật gia tốc trong các ngành kinh tế - kỹ thuật, tháng 6 /2007 Trung tâm gia tốc và Điện tử đã ra đời trên cơ sở tách Phòng Điện tử hạt nhân (khi đó đang trực thuộc Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân) thành một đơn vị trực thuộc Viện. Trung tâm có nhiệm vụ phối hợp triển khai Dự án máy gia tốc Cyclotron 30 Mev của Bệnh viện TW quân đội 108, thực hiện việc bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa các thiết bị gia tốc trong y tế, từng bước tiến tới làm chủ công nghệ máy gia tốc, đồng thời tiếp tục phát huy thế mạnh truyền thống trong nghiên cứu, thiết kế chế tạo các thiết bị đo lường bức xạ ứng dụng trong nghiên cứu và đời sống kinh tế - xã hội.
- Ngày 3/1/2006 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 01/2006/QĐ-TTg ban hành “Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình đến năm 2020”. Tiếp theo ngày 23/7/2007 Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định số 114/2007 QĐ-TTg phê duyệt kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược trên. Đây là những bước đi quan trọng trong việc phát triển chương trình điện hạt nhân ở Việt nam. Một trong những nhiệm vụ của kế hoạch tổng thể là phát triển cơ sở hạ tầng kỹ thuật để đảm bảo an toàn hạt nhân. Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân được lựa chọn để xây dựng thành một cơ sở R&D có đủ năng lực thẩm định, phân tích đánh giá an toàn hạt nhân. Để đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ trên tháng 9/2007 Trung tâm An toàn hạt nhân đã được thành lập.
- Theo định hướng quy hoạch của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân từng bước sẽ xây dựng thành đơn vị chủ yếu thực hiện chức năng hỗ trợ kỹ thuật cho chương trình phát triển điện hạt nhân, các bộ phận liên quan đến ứng dụng kỹ thuật hạt nhân sẽ tách thành những đơn vị độc lập, thực hiện quản lý theo cơ chế tự chủ, tự chịu trách nhiệm, đảm bảo toàn bộ chi phí hoạt động thường xuyên. Với chủ trương trên, tháng 10/2007 Trung tâm Chiếu xạ được tách ra thành một đơn vị trực thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam và đổi tên thành Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội.
- Tháng 9/2013, Bộ trưởng Bộ Khoa học công nghệ đã phê duyệt đề án kiện toàn tổ chức và hoạt động của Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân. Theo đề án này, Viện được quyền thực hiện cơ chế quản lý tự chủ chịu trách nhiệm theo khoản 3 điều 4 của Nghị định 115 của Chính phủ. Trong quá trình triển khai thực hiện Đề án, Trung tâm Nghiên cứu cơ bản và tính toán đã đổi tên thành Trung tâm Vật lý hạt nhân, Trung tâm An toàn bức xạ và môi trường được tách thành 2 đơn vị mới là Trung tâm An toàn bức xạ và Trung tâm Quan trắc phóng xạ và đánh giá tác động môi trường.
- Tháng 11/2016 Quốc hội Việt Nam quyết định dừng các dự án Nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận. Trong tình hình thực tiễn mới, việc cơ cấu, tổ chức lại các đơn vị có liên quan đến chương trình điện hạt nhân ở Việt Nam tại Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam là hết sức cấp thiết. Hơn nữa, hiện nay các quốc gia trong khu vực và trên thế giới vẫn tiếp tục vận hành và có kế hoạch xây mới các nhà máy điện hạt nhân để giải quyết bài toán an ninh năng lượng cũng như vấn đề biến đổi khí hậu. Do đó việc tiếp tục duy trì, phát triển năng lực hạt nhân của Việt Nam để cập nhật tình hình nghiên cứu, phát triển công nghệ điện hạt nhân trên thế giới và năng lực phân tích, đánh giá an toàn hạt nhân của Việt Nam để đảm bảo tính chủ động của quốc gia trong trường hợp xảy ra các sự cố nhà máy điện hạt nhân trong khu vực và trên thế giới cũng là hết sức cần thiết. Vì vậy tháng 9/2017 Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã ra quyết định số 421/QĐ-VNLNT sáp nhập hai Trung tâm An toàn hạt nhân và Trung tâm Năng lượng hạt nhân thành một Trung tâm Năng lượng hạt nhân.
