中国科学院上海应用物理研究所筹建于1958年10月，1959年8月正式成立，时称中国科学院上海原子核研究所，2003年6月经国家批准定为现名。中国科学院上海应用物理研究所以光子科学、核科学技术及相关交叉学科研究为主，同时推进科研成果产业化。

截至2014年底，中国科学院上海应用物理研究所有两大园区，分别坐落于上海市科技卫星城嘉定区和浦东张江高科技园区，占地面积共约700亩；研究所共有在职职工1162人，其中科技人员1005人；有国家科学中心1个，中国科学院重点实验室（中心或研究院）4个，上海市重点实验室1个；共有在学研究生402人，其中硕士生195人，博士生207人。

1958年10月28日上海技术物理研究所由中国科学院上海分院与复旦联合创办成立，在复旦大学内。

1961年1月开始独立建制，隶属于中国科学院上海分院。

1962年9月1日改名华东技术物理研究所，隶属于中国科学院华东分院。

1964年2月3日中科院党组决定我所是中国科学院红外技术研究中心之一。

1968年3月1日划到国防科委第十五研究院，称为十五研究院1510所，番号为中国人民***南字834部队。

1970年6月恢复中国科学院上海技术物理研究所名称。

1972年4月18日迁址上海市中山北一路420号，占地110亩，为所的长远发展提供了有效空间。

2013年5月15日上午，中科院上海技术物理研究所嘉定园区开工典礼举行。技物所嘉定园区将为上海技物所服务国家战略需求、推进科技创新提供新的平台。