北京大学核学科（原为北大物理研究室，后更名为北京大学技术物理系）是1955年由周恩来总理批示建立的我国高校中第一个核科学与技术人才培养基地，几十年来为国家培养了五千多名高级人才，在历届毕业生中已产生了11位两院院士。众多北大核学科的优秀毕业生进入国家核口的关键岗位，为中国军用和民用核事业的辉煌发展做出了重要贡献。
改革开放以来，北大核学科持续发展。1990年建立了“重离子物理教育部重点实验室”，2001年建立了"医学物理和工程北京市重点实验室”。2001年北京大学实行院系调整，原技术物理系的物理及化学部分分别进到了新成立的物理学院、化学学院及环境学院。近年来，在学校领导及所属各学院的大力支持下，北京大学核学科的整体力量得到增强。2005年恢复了等离子体物理专业，成立了“等离子体物理与聚变研究所”；2007年经过严格评审获准建设“核物理与核技术国家重点实验室（北京大学）”，并于2009年底通过国家验收，成为我国核领域第一个科技部序列的国家重点实验室；2007年获准成立了“放射化学与辐射化学国防重点学科实验室”。
近十年来，北大核学科在粒子物理与核物理、核技术及应用、放射化学与辐射化学、等离子体物理等学科领域取得了一批高水平的研究成果，获二十余项国家级和省部级的科技奖励。与此同时，北大核学科人才培养模式在改革中发展， 2007年获准建立的“核物理国家理科基础科学研究和教学人才培养基地”是全国唯一的核类学科理科基地并得到全额资助；经国防科工局的批准，北京大学获准建设“核物理”、“核技术”、“核化工与核燃料工程”三个国防紧缺专业。
近百年来，核科学对人类的生存发展产生了重大影响，造就了三分之一以上的物理学诺贝尔奖，在自身发展的同时，还为其它许多学科提供了重要的理论基础、研究方法和技术手段。进入21世纪，核科学与技术的发展方兴未艾，核能和核安全在国家重大需求中的地位愈加显著，加快发展核能成为我国能源发展和实现“绿色、低碳经济”的重大战略部署。
在我国核能与核科技事业大发展的形势下，北京大学决定在现有的几个相关重点实验室和重点学科的基础上，成立“北京大学核科学与技术研究院”，以加强北京大学核科学与技术研究和人才培养工作。核研院将协调校内各院系与核能和核科技相关的研究力量，并大力引进人才，扩大对外交流，努力承担国家重大任务，为国家在核能与核安全等方面的重大需求和核科技前沿研究做出新的贡献。
核研院设立学术委员会和国际顾问委员会，负责把握学术方向以及制定中长期研究规划等。根据学科特点与现有基础，核研院下设若干研究中心，首批设立的六个研究中心分别为：核科学基础研究中心、核能研究中心、核技术研究中心、核化学研究中心、核医学与工程研究中心、核政策与法律研究中心。