국립과천과학관은 청소년들에게 과학기술에 대한 흥미와 관심을 유발해 과학자의 꿈을 키워나갈 수 있게 하고, 일반인들에게는 생활 속에 숨겨진 과학의 원리를 이해할 수 있도록 돕는 과학문화의 전당으로 설립되었다. 국립과천과학관은 국립서울과학관과 국립중앙과학관에 이어 우리나라에서 세 번째로 설립된 국립과학관이다.
국립과천과학관 설립에 대한 구상은 2001년 4월 제34회 과학의 날에 대통령 치사를 통해 제안되었다. 이는 수도권에서 과학관에 대한 수요는 많으나 국립서울과학관의 부지가 너무 협소하여 새로운 국립과학관을 건설하겠다는 것이었다.
국립과천과학관 건립사업은 2002년 2월에 부지 선정을 통해 구체화된 후 개념설계, 기본설계, 실시설계를 거쳤다. 2006년부터 건축 공사와 전시품 제작을 시작했으며, 2008년 11월에 정식으로 개관하였다.
국립과천과학관의 규모는 부지면적 24만 3970㎡, 건축 연면적 5만 2487㎡이고, 지하 1층부터 지상 3층으로 되어있다. 주요 시설로는 상설전시장, 특별전시장, 옥외전시장, 생태체험학습장, 천문시설 등이 있다.
상설전시장은 어린이탐구체험관, 과학탐구관, 한국과학문명관, 첨단기술관, 자연사관, 명예의전당, 미래상상SF관 등으로 이루어져 있다. 옥외전시장은 우주항공, 역사의 광장, 지질동산, 공룡동산 등 4가지 테마공원으로 조성되어 있다.
생태체험학습장은 곤충생태관과 생태공원으로 이루어져 있다. 천문시설은 지름 25m의 돔 스크린에 밤하늘을 재현하여 우주를 체험할 수 있도록 한 천체투영관과 대형 천체망원경으로 우주를 관찰할 수 있는 천체관측소로 이루어져 있다. 그 밖의 시설로는 과학문화광장, 과학조각공원, 과학캠프장, 노천극장 등이 조성되어 있다.