黑龙江省原子能院成立于1958年11月，并确立以受控核聚变和同位素研究为主体方向，由周恩来总理亲自任命黄葳同志为首任所长。同年，受国务院委派，中科院在原子能院成立“205监测站”，荣庸出任首任站长，主要开展监测苏联核试验对我省自然放射性本底变化规律及影响研究。

1962年第二次“全国电工会议”（受控核聚变研究专题会议）在哈尔滨召开，听取原子能院利用7台电容器研制“角向一号”箍缩实验装置及开展探索性实验与理论研究工作的报告。

1963年原子能院更名为中科院东北技术物理研究所。后物理所划归二机部，并启用代号“东北五O三所”。

1964年钱三强到访物理所并参观考察了角向一号装置。

1965年二机部决定将原子能研究院14室迁往哈尔滨与东北技术物理研究所合并，组建我国第一个以受控核聚变为首要任务的专业研究中心，并在哈尔滨南郊沙曼屯建设新基地。

1971年胡象友、马永和研制成功核爆当量观测仪，曾二次携带该仪器赴罗布泊对核爆当量进行监测，并获得全国科学大会奖。

1976年李念祖等率先在国内研制成功  Co-γ射线的放射性同位素料位计。刘德方等率先在国内开展辐射保鲜和杀菌工作，完成了大量相关辐射保藏灭菌项目。

1978年赫宗儒等研制成功煤田低能γ射线测井仪，获国家煤炭部科技进步一等奖。

1979年马祖光院士兼任黑龙江省技术物理研究所所长。

1980年荣庸率先实现了辐射法制备聚丙烯酰胺，开创了中国聚丙烯酰胺辐射聚合工艺的先河，为中国辐射化学工业开辟了新途径。

1984年原子能院正式更名为黑龙江省科学院技术物理研究所。

1985年宿滨盛等率先在国内成功研制HCH-1型核子秤。

1986年荣庸研制“辐射法制备高吸水性高分子材料研究”获“六五”国家科技攻关奖。

1991年肖度元负责牵头组建中俄核分析实验室，引进中国第一台252Cf 中子源活化分析装置 ，与俄罗斯合作开展研究和开发工作。国务委员宋健来所视察指导。

1993年田汝超等率先在国内研究辐射交联制备大口径热缩性防水帽，解决了大庆至大连输油管道接口防腐密封的难题。

1997年王长安等承担国家科委化工部项目——051-G3舰船外板长效无毒防腐防污涂料。

2005年原子能院成功协助处理震惊全国的哈尔滨市建国街"7.13"放射源丢失事件，为黑龙江省核事故处理起到了无可替代的专业技术支撑作用。

2016年原子能院凝练中长期发展方向，确定以“核安全、核技术、核能源、核科普”的四核和“服务于核与辐射安全、社会发展与生态环境保护、经济主战场和人民生命安全、科学教育与文化发展”的四服务发展理念

2017年9月，在朝核关键时期，原子能院勇担重大公益使命，集聚核分析技术力量，在国家环保部和省环保厅统一部署下，刻苦攻关、日夜兼程，出色地完成了朝鲜第六次核爆期间***应急监测任务，得到了国家环保部的高度肯定。

2018年，原子能院建院六十周年，原子能院人不忘初心，续写聚变情怀，站在原子能院改革转型的重要历史起点，牢记使命，助力龙江发展。并且在核反恐安保方面取得重要突破：原子能院辐射防护技术团队经过三年攻关，成功研制了行人、车辆、低空核反恐安保系列装备，并通过国家核安保中心鉴定和认证。系列科研成果成功应用于2018.1高级别安全保障任务，中俄地方合作交流年高级别安全保障任务，以及省两会、市两会、哈洽会、冰雪节等重要会议和重大活动。目前已破获案件3起。

2019年4月，原子能院改革定位为公益二类事业单位，主要职责：承担原子能利用、核与辐射安全、应急处置等重点公益科学研究及科技成果转化、科学普及、教育培训，为社会、经济提供核技术应用及核与辐射安全的技术服务,为政府提供相关技术支撑。

2020年新冠肺炎疫情防控期间，面对传统灭菌方法周期过长制约的医用一次性防护服供应瓶颈问题，研究院通过发挥核技术学科基础研究优势进行技术攻关，成功解决医用一次性防护服灭菌时间过长的问题，将灭菌周期由7-14天缩短为1天以内，并无偿为6家黑龙江省企业和5家应急指挥部的国外企业的防护服提供该科技成果的技术攻关、推广转化以及应急情况下的防护服灭菌技术服务，累计完成11批次，共10140件防护服灭菌服务。以实实在在的核技术科研成果直接助力打好打赢疫情防控阻击战，得到了省领导重要批示和高度赞扬。

2021年更名为黑龙江省原子能研究院。