Создан в 1945 г. как Казанский филиал АН СССР (КФАН СССР), в 1963 г. расформирован, в 1972 г. воссоздан, в 1990 г. преобразован в Казанский научный центр АН СССР, в 1992 г. – в КНЦ РАН, с 2017 г. федеральный исследовательский центр.

Предпосылки к открытию в Казани филиала АН СССР закладывались в годы Великой Отечественной войны, когда совместные исследования вели казанские ученые и сотрудники эвакуированных в столицу ТАССР институтов АН СССР. В июле 1941 г. по решению эвакуационного совета при СНК СССР в Казань были эвакуированы 33 (из 85) научных учреждений АН СССР, 1884 научных сотрудника, в т.ч. 93 академика и члена-корреспондента. Среди прибывших были академики: А.И.Абрикосов, С.И.Вавилов, И.М.Виноградов, А.В.Винтер, Б.Г.Галёркин, И.В.Гребенщиков, Б.Д.Греков, А.М.Деборин (Иоффе), Н.С.Державин, А.Ф.Иоффе, П.Л.Капица, М.В.Кирпичёв, В.А.Кистяковский, А.Н.Колмогоров, Н.Е.Кочин, Г.М.Кржижановский, А.Н.Крылов, В.Ф.Миткевич, С.С.Намёткин, С.П.Обнорский, Л.А.Орбели, Н.И.Папалекси, А.Е.Порай-Кошиц, Л.И.Прасолов, Н.Н.Семёнов, К.И.Скрябин, С.Л.Соболев, Е.В.Тарле, А.М.Терпигорев, А.Н.Фрумкин, В.Г.Хлопин, Е.А.Чудаков, К.И.Шенфер, О.Ю.Шмидт; члены-корреспонденты: Г.В.Акимов, Н.М.Беляев, И.С.Брук, В.И.Вейц, А.Г.Вологодин, А.О.Гельфонд, Б.Н.Делоне, А.В.Ефимов, М.А.Капелюшников, А.Ф.Капустинский, Ф.Н.Красовский, К.А.Круг, Н.Л.Мещеряков, А.Н.Несмеянов, А.И.Рабинович, С.З.Рогинский, Л.Н.Сретенский, С.Ф.Фёдоров, Я.И.Френкель, А.Я.Хинчин, А.Б.Чернышёв, З.Ф.Чуханов, профессора И.В.Курчатов, Л.Д.Ландау. Эвакуированные научно-исследовательские институты и научные учреждения (лаборатории) были размещены в Казанском университете и на территории других организаций и предприятий Татарстана. Для координации деятельности учреждений АН СССР с местными научными учреждениями и промышленными предприятиями при Татарском обкоме ВКП(б) была создана Научно-техническая комиссия (председатель – О.Ю.Шмидт). В мае 1942 г. по решению Президиума АН СССР был избран новый состав Президиума АН СССР (местом его пребывания определен г. Свердловск), в Казани была создана Казанская группа учреждений АН СССР (руководителями назначены А.Ф.Иоффе и Л.А.Орбели). Для решения научно-технических проблем, возникших в связи с Великой Отечественной войной, был создан ряд комплексных научных комиссий: Комиссия по научно-техническим военно-морским вопросам АН СССР, Комиссия по авиации АН СССР, Комиссия по мобилизации ресурсов Среднего Поволжья и Прикамья на нужды обороны страны АН СССР, Комиссия по пищевым ресурсам АН СССР. За этот период ученые АН СССР внесли большой вклад в развитие оборонной промышленности страны: в Институте органической химии АН СССР под руководством А.Н.Несмеянова была разработана методика получения карбинолов (использовались для лечения ран); под руководством О.К.Богданова открыт эмульсионный способ получения тиокольного каучука; группа под руководством К.С.Топчиева упростила синтез витамина В; А.Ф.Иоффе открыл новые решения в области физики металлов; группа под руководством Г.В.Акимова разработала новый способ анодного оксидирования деталей; Н.Г.Четаев создал теорию расчета устойчивости самолета при движении его по земле; П.Л.Капица усовершенствовал способ добывания жидкого кислорода; группа под руководством С.Ф.Фёдорова выявила нефтеносные площади в районе Шугурова, Сарабикулова, в зоне Аксубаевской депрессии и др.

В 1943 г. часть учреждений АН СССР возвратилась в Москву. По инициативе А.Е.Арбузова 13 апреля 1945 г. Постановлением СНК СССР в Казани был открыт филиал АН СССР. Возглавил КФАН СССР академик А.Е.Арбузов, представитель Президиума АН СССР в Казани. Под его руководством произошло формирование первоначальной структуры КФАН СССР, становление его институтов. В его составе были организованы Химический, Физико-технический, Геологический и Биологический институты, Институт языка, литературы и истории (ранее подчинявшийся СНК ТАССР), Сектор водохозяйственных проблем и энергетики, Сектор научно-технической пропаганды; в 1958 г. – Институт органической химии. В структуре КФАН СССР были созданы академические институты, научные направления которых были актуальны, прежде всего, для Поволжского региона.

В 1963 г. КФАН был расформирован; Биологический институт передан Казанскому университету, Геологический – Министерству геологии СССР, другие институты остались в подчинении АН СССР.

В 1972 г. КФАН был воссоздан. Во главе возрожденного Казанского филиала встает лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки и техники РФ и ТАССР М.М.Зарипов, при котором КФАН СССР приобретает новую структуру. В его составе работают Казанский физико-технический институт, Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова, Казанский институт биологии, Институт языка, литературы и истории им. Г.Ибрагимова.

В 1990 г. под руководством В.Е.Алемасова КФАН СССР одним из первых в стране был преобразован в региональный научный центр – Казанский научный центр АН СССР. В 1993 г. из КНЦ в АН РТ передан Институт языка, литературы и истории им. Г.Ибрагимова. В эти годы в системе КНЦ получили развитие казанские школы механиков и энергетиков. Из Казанского физико-технического института в самостоятельные институты выделились Институт механики и машиностроения и Отдел энергетики (на правах института). При Президиуме КНЦ РАН были созданы новые научно-вспомогательные подразделения: Патентный отдел, Отдел экономики.

Издавалась газета научного сообщества КНЦ РАН «Наука».

В 2017 г. в результате реорганизации учреждений, входящих в систему Федерального агентства научных организаций, путем их присоединения к Казанскому научному центру РАН был создан Федеральный исследовательский центр «КНЦ РАН». В состав современного центра входят: Физико-технический институт им. Е.К.Завойского, Институт механики и машиностроения, Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова, Институт биохимии и биофизики, Институт энергетики и перспективных технологий, Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения, поликлиника Казанского научного центра РАН.

КНЦ координирует фундаментальные и часть прикладных исследований федерального уровня, входящих в государственные научно-технические программы. Совместно с АН РТ осуществляет координацию работ по крупным республиканским программам и проектам.

КНЦ известен научными школами: химии элементоорганических соединений; электронного парамагнитного и ядерного квадрупольного резонансов, молекулярной фотохимии; нелинейной теории оболочек, аэрогидроупругости; теплоэнергетики и двигателестроения; физиологии и биохимии растений, биофизики. Учеными КНЦ выполнен ряд фундаментальных работ: открыты явления поляризационного эха и лазерного отжига разупорядоченных полупроводников; определен магнитный момент ядра 57Fе; синтезированы парамагнитные жидкие кристаллы с рекордной магнитной анизотропией; теоретически предсказаны явление светового эха и квантовые биения интенсивности линий электронного парамагнитного резонанса состояний с разделенными зарядами в реакционном центре фотосинтеза; развита нелинейная теория упругих оболочек; исследованы колебания однородных и неоднородных сред и гидроаэроупругих систем; разработаны методы определения фильтрационных параметров нефтяных и водоносных пластов, научные основы и технические средства для термических методов извлечения вязких нефтей и битумов. Работы в области фосфорорганических соединений открыли возможности получения препаратов, применяемых в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, химической и нефтехимической промышленности. Осуществлены фундаментальные исследования структуры и реакционной способности элементоорганических соединений. В растениях открыты новые липидные и олигосахаридные участники сигнальных систем, от которых зависит формирование устойчивости к патогенным микроорганизмам и неблагоприятным эколого-климатическим факторам.

Современный центр обладает мощным кадровым потенциалом, включающим более 1000 сотрудников, среди которых около 600 научных сотрудников, в т.ч. шесть академиков и два члена-корреспондента РАН, работающих на постоянной основе, более 100 докторов и 370 кандидатов наук.