에너지의 이용을 연구하고 기술을 개발하여 그 성과를 보급하기 위해 설립된 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 소관의 정부출연 연구기관이다.
1977년 8월 재단법인 한국열관리시험연구소로 출범하여 1980년 한국과학기술연구원(KIST) 부설 태양에너지연구소를 흡수·통합하여 한국종합에너지연구소로 확대 개편되었으며, 1981년 에너지와 자원의 통합운영정책에 따라 자원개발연구소와 통합되어 한국동력자원연구소가 되었다. 1991년 에너지기술의 전문적인 연구기관으로 분리·독립하여 한국에너지기술연구소로 새롭게 발족했으며, 2001년 한국에너지기술연구원으로 개칭했다. 2004년 과학기술부로 소관부처가 변경되었다가 2008년에는 지식경제부를 거쳐 2017년에 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 소관으로 변경되어 현재에 이르고 있다.
연구원의 기능은 크게 에너지기술개발, 에너지기술 보급 확산, 에너지기술 정책 수립으로 구분된다. 에너지기술개발은 태양광, 풍력, 바이오, 연료전지, 수소에너지 등 신재생에너지 연구개발, 이산화탄소 포집 등 온실가스 처리 연구개발, 청정석탄, 비재래형 연료 등 화석에너지 청정 이용 연구개발, 산업·건물·수송·전기 등 관련 에너지 효율 향상 연구개발, 에너지소재 연구개발 등을 포함한다.
에너지기술 보급 확산은 시험평가인증, 인력양성, 기술지원, 기술사업화 등으로 우수 기술 보급을 통한 에너지의 합리적 이용 증진을 목표로 한다. 그리고 에너지기술 정책 수립은 국가 에너지 기술정책 수립을 지원하는 역할이다. 연구소의 대표적인 연구개발 성과로, 무연탄 유동층 연소 장치, 가정용 콘덴싱 보일러, 이소부탄 정제 장치, 발광다이오드(LED) 교통신호등, 바이오디젤 생산 장치, 수소충전소 및 연료전지 하이브리드 자동차, CIGS 박막 태양전지, 석유화학 C4 유분의 고부가가치 극대화 핵심 기술 등을 들 수 있다.
2012년 현재 연구기술직 333명, 행정직 36명, 기능직 26명 등 총 375명의 정직원 외에 기간제 162명, 학·연생 161명이 근무하고 있다. 연구소의 연구조직은 원장, 선임연구본부장 아래 신재생에너지연구부, 기후변화연구본부, 에너지효율연구부, 융합소재연구부, 기술확산부, 제주글로벌연구센터 등을 갖추고 있으며, 이산화탄소저감 및 처리 기술개발사업단과 고효율 수소에너지 제조·저장·이용 기술개발사업단이 설치되어 있다.