1992 жылы РФ Атом энергиясы министрлігінің «Луч» ғылыми-өндірістік бірлестігінің Біріккен экспедициясы негізінде құрылды.
Атом энергиясы институты қызметінің қазіргі уақыттағы негізгі бағыттары:
Қазақстан Республикасында атом энергетикасын дамыту; атом энергетикасының қауіпсіздігі мәселелері бойынша эксперименттік зерттеулер; ядролық және термоядролық техниканың конструкциялық материалдарын эксперименттік зерттеу; шапшаң нейтрондардағы БН-350 реакторын пайдаланудан шығару жұмыстарына қатысу; қазақстандық КТМ материалтану термоядролық реакторын құру жұмыстарына қатысу; радиоактивті қалдықтарды кәдеге жарату жұмыстарына қатысу.
Зерттеулердің неғұрлым маңызды нәтижелері жапондық энергетикалық компаниялармен және Nuclear Power Engineering Corporation, Japan Atomic Energy Agency және Japan Atomic Power Corporation ғылыми-зерттеу ұйымдарымен ынтымақтастықта жүргізілетін реактордың актив аймағының балқуымен болатын АЭС-тегі ауыр авариялардың жекелеген даму сатыларымен бірге жүретін процестерді модельдеу және зерделеу жөніндегі жұмыстарда алынды.
ҚР ҰЯО Атом энергиясы институты қызметінің бағыттарының бірі реакторлық материалтану саласындағы зерттеулерге, соның ішінде ИТЭР халықаралық жобасын қолдауға қатысу болып табылады. Курчатов қаласында Қазақстандық КТМ материалтану токамагын құру бойынша жұмыстар аяқталуда, оның негізгі міндеті болашақ термоядролық реакторлар үшін жаңа перспективалық конструкциялық материалдарды зерделеу болып табылады. Бұл қондырғы болашақта термоядролық зерттеулер жөніндегі халықаралық ғылыми орталық құрудың негізі бола алады.
Қазіргі уақытта Институт ұжымы реакторлық және реактордан тыс зерттеу қондырғыларында ең күрделі эксперименттік міндеттерді шешуге қабілетті. Институт қызметінің басты бағыты Қазақстан Республикасында атом энергетикасын құру және дамыту жұмыстарына қатысу болып табылады. Атом энергетикасы саласын құрудың ауқымды міндеті әртүрлі салалар мен елдердің ғылыми және технологиялық күштерінің кең қауымдастығы жағдайында ғана шешілуі мүмкін екенін түсіне отырып, Атом энергиясы институты Қазақстанның, сол сияқты шетелдің барлық мүдделі ұйымдары мен кәсіпорындарын ынтымақтастыққа шақырады.