El Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM tiene ya una historia de más de 40 años como entidad académica. Su primer antecedente se encuentra en el Laboratorio Nuclear de la UNAM, fundado en 1967 en el piso 14 de la entonces Torre de Ciencias en un laboratorio cedido en calidad de préstamo por la Facultad de Química. En esa época, el personal de tiempo completo que trabajaba en el Laboratorio ascendía a seis personas. El fundador y primer director del Laboratorio Nuclear fue el M. en C. Luis Gálvez Cruz. En 1969, por acuerdo del Rector José Barros Sierra, el Laboratorio Nuclear se fusionó con el Centro de Investigación en Materiales (CIM), quedando el primero como un programa del CIM. Dos años más tarde, el CIM se divide nuevamente en dos organismos independientes, ambos subordinados a la Coordinación de la Investigación Científica, y a finales de 1972 el Rector Pablo Gonzáles Casanova acuerda que el Laboratorio Nuclear se convierta en el Centro de Estudios Nucleares (CEN). Para este momento el CEN contaba ya con 53 miembros, de los cuales 29 eran académicos.

De 1971 a 1975, bajo la dirección del M. en C. Manuel Navarrete Tejero, se llevaron a cabo estudios en cuatro áreas: química, medicina, tecnología e ingeniería nucleares. En este periodo se inició y terminó la construcción del edificio que alojó al reactor nuclear y a la primera fuente de irradiación gamma de alta intensidad, así como del edificio más antiguo del actual Instituto.

De 1976 a 1980, siendo Director del CEN el Dr. Marcos Rosenbaum Pitluck, se llevaron a cabo las obras de la primera ampliación que comprendieron la remodelación de uno de los edificios existentes y la construcción de otro que actualmente alberga laboratorios, la unidad de cómputo, un auditorio, cubículos y las oficinas de la dirección.

En 1980, por acuerdo del Rector Guillermo Soberón Acevedo, se modifican los objetivos y funciones del CEN. A partir de entonces, la dependencia tiene como objetivo principal contribuir al desarrollo de las ciencias nucleares, así como acrecentar el avance tecnológico y cultural del país.

Finalmente, en 1988 el Centro de Estudios Nucleares se convierte en el actual Instituto de Ciencias Nucleares, continuando bajo la dirección del Dr. Marcos Rosenbaum Pitluck hasta 1996. Precisamente en 1996 se llevó a cabo una extensa ampliación de las instalaciones del Instituto: se construyó el edificio que actualmente alberga a la biblioteca, el auditorio Marcos Moshinsky, la Unidad Administrativa, y los departamentos de Gravitación y Altas Energías.

De 1996 al 2004 la dirección del Instituto estuvo a cargo del Dr. Octavio Castaños Garza. Durante este período se llevó a cabo una reestructuración interna que dio lugar a la actual estructura de 5 departamentos. Además, se construyó el edificio que actualmente alberga a la Unidad de Irradiación y al Irradiador Gamma-Beam, substituyendo al edificio original.

Durante los últimos 6 años, bajo la dirección del Dr. Alejandro Frank Hoeflich de 2004 a la fecha, el Instituto ha continuado un proceso de crecimiento, y en la actualidad cuenta con 57 investigadores y 17 técnicos académicos. Durante este período se creó el Centro de Ciencias de la Complejidad (C3), así como el Programa Adopte un Talento (PAUTA). Actualmente se está llevando a cabo una nueva expansión de las instalaciones para afrontar el problema de la falta de espacio, tanto de cubículos como de laboratorios y salones de clases.