1980년 12월에 유일한 정부산하 체육연구기관으로 설립되었다. 발족 당시는 서울에서 개최 예정이던 ’86아시아경기대회와 ’88서울올림픽경기대회를 앞두고 엘리트체육의 경기력 향상이 절실히 요구되던 상황이어서 대한체육회스포츠과학연구소라는 이름으로 출발하였다.
그러나 서울올림픽 이후 국민건강과 생활체육의 확대보급이 현안문제로 떠오름에 따라 1989년 7월 한국체육과학원으로 확대개편하여 경기력 향상과 생활체육증진을 도모하는 스포츠과학 선도기관으로 개편하였다.
이러한 기능을 수행하기 위해 국가로부터 1989년 11월에 1급 경기지도자 연구원 1990년 8월에는 1급 경기지도자 자격 검정기관, 1991년 10월에는 2급 생활체육지도자 연수원과 2, 3급 생활체육지도자 자격 검정기관, 1994년 1월에는 2급 경기지도자자격 검정기관으로 지정 받았다.
또한 1994년 12월에는 국민체육센터를 개관하였으며, 1995년 5월에는 1급 생활체육지도자 연수원 및 자격검정기관이 되었다. 기구조직은 정책결정기구로 이사회가 있으며 집행기구인 연구원에는 기획조정처·연구교육처·국민체력센터가 있다.
기획조정처에는 정책개발실·정보자료실·기획심사실이 있고, 연구교육처에는 연구협력실·생리학실·생체역학실·심리사회학실·연수관리실이 있고, 국민체력센터에는 의학검사실·운동처방실·사업관리실이 있다.
사업은 크게 스포츠과학연구, 국가대표선수 및 국가정책지원, 체육지도자양성 국민건강 및 체력증진사업, 체육정보망 구축 및 운영 국제교류 및 보급사업 등으로 나눌 수 있다.
스포츠과학 연구의 내용은 각 운동종목의 경기력 향상과 건강체력을 위한 생활체육진흥에 관한 연구와 체력측정장비 및 프로그램 개발이며, 국가대표선수의 과학적 훈련을 위한 현장지원과, 대표 및 후보 선수들의 전지훈련시 연구원 파견과 국민체육진흥계획 등 정책개발에도 도움을 주고 있다.
최고의 체육지도자 양성을 위한 체계적이고 수준높은 교육을 위해 국가로부터 1, 2급 경기지도자와 1, 2, 3급 생활체육지도자 연수 및 검정기관으로 지정받았으며, 연수관리실를 두어 교육 및 자격검정과정을 운영하고 있다.
또한 국민건강과 체력증진 사업을 위해 국민체력센터를 설치 운영하고 있으며 전화상담, 인터넷운영으로 운동프로그램 연구 및 강좌를 개최하고 있다. 또한 각종 체육정보망 구축운영을 위해 체육정보 데이터베이스개발 체육정보망 통합검색기술연구, 체육정보 표준화 모델개발과 더불어 문헌정보와 레포츠정보 등 대국민 서비스를 제공하고 있다.
주요 연구 분야에는 운동생리, 운동역학, 스포츠심리학 및 사회학, 정책개발, 운동처방 스포츠의학 분야가 있으며 발족당시부터 1997년 11월 현재까지 305종 635점의 기자재를 활용하여 연구실적을 쌓았다.