국가측정표준을 확립하는 국가측정표준 대표기관이자 측정 관련 연구개발을 추진하는 교육과학기술부 기초기술연구회 소관의 연구기관이다. 국가측정표준을 확립하고 측정관련 과학기술을 연구 개발하여, 그 성과를 보급함으로써 국가 경제 발전과 과학기술 발전 그리고 국민 삶의 질 향상에 기여한다.
1975년 12월 공업진흥청 소관의 정부출연 연구기관으로 한국표준연구소가 설립되었으며, 1978년 대덕연구단지에 첫 번째 정부출연 연구기관으로 자리를 잡았다. 1980년 10월에 개정된 제5공화국 「헌법」 제127조 제2항에 "국가는 국가표준제도를 확립한다"는 조항이 포함됨으로써 국가표준기관으로서 연구소의 위상이 강화되었다. 1991년 10월 천문우주과학연구소와 기초과학연구지원센터를 흡수·통합하여 한국표준과학연구원으로 이름이 변경되었으며, 1999년 2월 「국가표준기본법」에 의거 국가측정표준 대표기관으로 명문화되었다. 2008년 교육과학기술부 기초기술연구회 소관 연구기관으로 변경되어 오늘에 이르고 있다.
연구원은 국가측정표준을 확립하고 측정관련 과학기술을 연구 개발하는 것을 기본 기능으로 한다. 구체적으로는 첫째, 국가측정표준 대표기관으로서 국가측정표준 원기 및 국제소급성 유지, 측정표준 유지 및 확대를 통해 국가측정표준의 확립·유지·향상을 꾀하며, 둘째, 측정과학기술 연구기관으로서 첨단 산업에서 필요한 새로운 측정과학기술 및 평가기술을 개발하며, 셋째, 측정표준보급 정점기관으로 국가·사회 전반의 측정 신뢰성 확보를 위한 측정표준 보급·서비스 선진화를 꾀한다.
2011년 6월 기준으로 연구직 232명, 기술직 63명, 행정직 38명, 기술기능직 52명, 행정기능직 9명 등 총 394명이 근무하고 있다. 원장, 선임본부장 아래 기반표준본부, 삶의 질 측정표준본부, 산업측정표준본부, 미래융합기술부, 성과확산부 등의 연구조직을 두고, 국가측정표준 확립 및 향상, 측정과학기술 연구개발, 측정표준 보급 및 서비스라는 3대 임무 달성에 노력하고 있다.
연구원은 1975년 설립 이래 국가측정표준 대표기관으로 국제적으로 공신력 있는 국가측정표준을 확립하고, 이와 관련된 연구개발 성과를 산업체 및 공공부문에 보급함으로써 우리나라 산업제품의 경쟁력과 삶의 질 향상에 기여해왔다.