中国科学院上海原子核研究所筹建于1958年10月，1959年8月正式成立，曾于1963年2月隶属于第二机械工业部，1973年4月划归上海市，1978年1月复归中国科学院，定为现名。
建所初期，上海原子核研究所侧重于核物理、放射化学、辐射化学、核电子学、加速器技术、剂量防护与监测等方面的基础研究，经数十年的发展，已成为一个以基础和应用基础研究为主，高技术研究及其产业化为辅的综合性研究所，以上海同步辐射光源、束线技术和同步辐射应用及其相关领域研究为主要研究方向，并开展基于低能加速器的核科学基础、应用及其交叉学科的研究。
　　上海原子核研究所现设有“中科院核分析技术联合开放研究实验室”、“中科院辐射化学开放实验室”和以研究领域划分的研究室或中心；依托雄厚的技术力量和科技成果，建立了一批具有高技术含量的科技企业，初步形成了以应用核仪器仪表、辐射新材料与辐照装置、放射性药物为三个主要产品方向。

　　历年来，上海原子核研究所取得科研成果500余项，获各类科技奖项156项，其中，国家科技进步奖5项、国家自然科学奖2项，中科院科技进步奖37项、中科院自然科学奖13项，上海市科技进步奖14项。如：《1.2米固定能量回旋加速器改造为30MeV(p)等时性可变能量回旋加速器工程》获国家科技进步二等奖，《新核素Pt-202，Hg-208，Hf-185，TH-187的合成鉴别》获中科院自然科学一等奖，《DNA和DNA－蛋白质复合物结构的扫描探针显微学研究》获中科院自然科学一等奖，《超灵敏小型回旋加速器质谱计－交替加速系统和垂直多样品轮换装置》获上海市科技进步一等奖。
　　上海原子核研究所是硕士、博士学位授予单位，设有博士后流动站。
　　上海原子核学会挂靠上海原子核所；主办、编辑《核技术》、《科学与技术》（英文版）、《辐射研究和辐照工艺学报》。