원래 1921년 5월 조선총독부 직속 수산시험장으로 발족된 것이 그 시초이며, 8·15광복 이후 1945년에 일제로부터 수산시험장을 인수하여 1949년 4월 대통령령 제49호로 상공부장관 감독 아래에 들어갔다. 당시 수산시험장은 서무과를 비롯하여 4개의 연구과를 두었다.
1963년 12월 농림부령 제96호에 의거 농림부 국립수산진흥원으로 고쳤다. 1966년에는 수산청 국립수산진흥원이 되었고, 1996년 8월에 해양수산부 국립수산진흥원, 2002년 3월에 해양수산부 국립수산과학원, 2008년 농림수산식품부 국립수산과학원이 되었으며, 2013년 3월 해양수산부 국립수산과학원이 되었다.
주요사업과 그 내용은 다음과 같다. ① 해양환경조사:해양물리학 · 해양화학 · 해양생물학적인 연구, 어장환경 및 수산물 오염조사, 적조현상 조사연구, 해양관계자료 정보수집. ② 어업자원조사:어업자원의 생물학적 연구 및 동태연구, 어장조사 및 어황예측. ③ 어구어법분야(漁具漁法分野):어구개량 · 어구자재개량 · 어법연구 · 어선개량연구. ④ 원양어장개발분야:새로운 어장개발, 해외어업 협력사업.
⑤ 증양식분야:주요수산동식물의 증산연구, 품종개량연구, 종묘생산 기술개발 및 양산시험, 병리연구 등. ⑥ 수산물처리가공분야:수산물의 가공기술 및 제품개발연구, 수산물 성분특성분석, 어획물포장, 수산물 및 양식장 위생연구. ⑦ 담수어시험분야:내수면환경조사, 담수어양어기술개발. ⑧ 어촌기술지도 보급분야:어민소득증대를 위한 기술지도, 어민교육 및 후계자 사업지도, 기술홍보 및 정보전달 업무 등이다.
그 밖에도 원양어업의 해외어장진출 확대 및 연안국과의 기술협력과 우호증진을 도모하기 위한 외국인연수생 초청훈련 및 각종 국제회의 등에도 참여하고 있다. 특히, 1980년대에 들어서는 ‘잡는 어업’에서 ‘기르는 어업’으로 전환하기 위한 양식어업의 기술개발 및 연안어업자원의 조성사업과 수산물식량화사업 등을 지원하기 위한 연구 · 개발 업무에 역점을 두고 있다.
2002년 3월 명칭변경으로 국립수산과학원이 된 이후, 본원은 2008년 농림수산식품부 소속이 되었다가 2013년 해양수산부 소속으로 변경되어 오늘에 이르고 있다. 2023년 08월 현재 국립수산과학원의 조직은 원장 아래 운영지원과, 연구기획과, 연구협력과 등 3개 과가 있고, 기후환경연구부, 수산자원연구부, 양식산업연구부 등 3개 연구부와 동해수산연구소, 서해수산연구소, 남해수산연구소, 중앙내수면연구소, 남동해수산연구소, 아열대수산연구소, 해조류연구소, 고래연구소 등 8개 연구소로 이루어져 있다.