ТНЦ СО РАН был создан в декабре 1978 года как Томский филиал СО АН СССР, объединив работавшие в Томске академические институты. Спустя десять лет, в 1988 году, ему был присвоен статус регионального научного центра СО АН СССР. В разные годы Президиум ТНЦ СО РАН возглавляли: академик, Герой Социалистического Труда В.Е. Зуев (1978–1992), д.ф.-м.н. В.А. Крутиков (1992–2000), академик С.П. Бугаев (2000–2002), академик С.Д. Коровин (2002–2006), чл.-корр. РАН С.Г. Псахье (2006–2012), академик Н.А. Ратахин (2012–2015), д.ф.-м.н. В.В. Колосов (2015-2020).

Являясь структурным звеном Сибирского отделения РАН, на протяжении всех этих лет ТНЦ СО РАН объединял по территориальному принципу академические учреждения, расположенные в Томске: Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН; Институт химии нефти СО РАН; Институт сильноточной электроники СО РАН; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН; Томский филиал Института вычислительных технологий СО РАН.