국제과학비즈니스 벨트 조성사업 및 지원에 관한 특별법 제14조에 근거하여 2011년 세계 수준의 기초과학 인프라를 육성하기 위해 과학 기술 발전정책의 핵심기관으로 설립되었다. 설립 목적은 첫째 세계 최고 수준의 기초과학연구를 통해 창조적 지식과 미래 원천기술 확보, 둘째 차세대 연구리더를 위한 기초과학 연구거점 마련, 셋째 연구자들의 안정적 연구를 위한 전문기관 설립, 넷째 순수 이공계 인력을 위한 고급 일자리 마련, 다섯째 두뇌 유출국에서 두뇌 유입국으로 전환 등이다.
수학 분야의 기하학 수리물리연구단이, 물리학 분야의 강상관계 물질연구단, 나노구조물리연구단, 복잡계 자기조립 연구단, 원자제어 저차원 전자계연구단, 핵입자 천체물리학 지하실험 연구단이 있으며, 화학 분야의 나노물질 및 화학반응 연구단, 나노입자 연구단, 분자활성 촉매반응 연구단이 있고, 생명과학 분야의 시냅스 뇌질환 연구단, 면역 미생물 공생연구단, RNA 연구단, 인지 및 사회성연구단, 식물노화수명연구단, 중이온가속기사업단 등으로 구성되어 있다.
정부 산하 기타 공공기관으로 지정되어 있으며, 위치는 대전광역시 유성구 유성대로 1689번길 70(전민동 463-1)에 있다.