현대자동차는 1976년 국내 최초의 고유 모델 포니를 생산한 이래로, 자동차 핵심 부품들의 국산화를 위한 연구 개발 활동을 계속해 왔다. 1981년 경기도 용인시 기흥구 마북동에 마북리 연구소를 설립하고, 1991년 알파 엔진을 독자적으로 개발해 자동차의 핵심 기술을 국산화하는 데 성공하였다. 이러한 흐름 속에서 현대자동차는 선진 자동차 기술의 연구 개발을 강화하고 글로벌 시장의 요구와 환경 규제에 대응하기 위한 목적으로 1986년부터 10년간 총 3,500억 원을 투자해 경기도 화성군 남양면에 현대자동차 남양연구소(이하 ‘남양연구소’라 한다.)를 설립하기로 결정하였다.
현대자동차는 1985년 경기도 남양만의 매립지를 매입하고 이듬해인 1986년 연구소를 착공하였다. 1995년 4월 26일 완공된 남양연구소는 최첨단 자동차 개발 설비와 테스트 시설을 모두 갖춘 세계 10대 규모의 자동차 연구소였다. 1997년 당시 남양연구소는 고속주회로, 저마찰로 등 최첨단 테스트 설비를 갖추었는데, 330만 5,800제곱미터에 이르는 주행 시험장은 전세계적으로 9개 자동차 제조사들만 갖추고 있었다고 한다. 설립 당시 남양연구소는 승용 및 소형 상용차의 디자인, 제품 개발, 성능 테스트를 수행하였고, 기존의 마북리 연구소는 엔진, 트랜스미션, 대체 에너지 자동차 개발을 전담하였다. 이후 마북리 연구소의 엔진, 파워 트레인 부문 연구 인력이 남양연구소로 이동하였고, 2003년 기아자동차 소하리 연구소를 통합하여 현재의 모습을 갖추게 되었다.
현재 남양연구소는 다양한 노면의 시험로, 풍동 시험장, 디자인 연구소 등의 기반 시설을 갖추고 있다. 승용차, 레저용 자동차 등에 이르는 차량 개발 전반을 담당하고 있으며, 글로벌 시장 수준에 걸맞은 연구 개발 역량을 확보하고 있다. 최근에는 자율 주행 기술 개발과 실용화를 위해 로보셔틀, 자율 주행 차량 관제 시스템, 원격 자율 주차 테스트 베드를 구축하고 있다.
남양연구소는 설립 이후 크레이 슈퍼컴퓨터, 100여 대의 차량 성능 해석용 EWS(Engineering Work System), 상세 설계를 위한 350대의 그래픽 단말기를 완비하였다. 그리고 현대자동차에서 시제품으로 개발한 바 있는 전기 자동차, 수소 자동차 등의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것이라 기대되었다. 기아자동차 소하리 연구소와의 통합 이후 현대자동차와 기아자동차의 연구 개발 업무를 총괄하는 역할을 수행하고 있으며, 미국, 일본, 독일 등의 해외 연구소와 글로벌 연구개발 네트워크를 구축하고 있다.
남양연구소는 현대자동차와 국내 자동차 산업의 성장에 큰 영향을 미쳤다. 여러 기술 개발과 품질 개선을 통해 현대자동차는 세계 시장에서 높은 경쟁력을 보유하게 되었다. 이뿐만 아니라 전기 자동차, 자율 주행차 등 미래 모빌리티 분야에서 혁신적인 연구 성과를 내놓고 있어, 한국의 자동차 제조업체가 세계 자동차 산업의 선두 주자로 나아가는 데 크게 기여하였다.