1968 - 1989 Dönemi
TÜBİTAK, doğa bilimlerinde temel ve uygulamalı araştırma faaliyetlerini desteklemek amacıyla 1968 yılında İTÜ İnşaat Fakültesi bünyesinde Tatbiki Matematik Ünitesi kurmuştur. Bu ünite 1972 yılında TÜBİTAK Gebze Yerleşkesine taşınarak TÜBİTAK Marmara Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Enstitüsü’nün Uygulamalı Matematik Ünitesi olarak faaliyetlerini devam ettirmiştir. Bu araştırma faaliyetlerinin daha üst düzeyde ve genişlikte yapılmasını sağlamak amacıyla 1981 yılında TÜBİTAK Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü (TBAE) kurulmuştur. Burada fizik, matematik, kimya, biyoloji ve yer bilimleri alanlarında önemli araştırmalar yapılmış, ülkemizde araştırma geleneğinin yerleşmesi için çaba gösterilmiştir.
1990 - 1996 Dönemi
Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü 1990 yılından itibaren faaliyetlerini TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) bünyesinde sürdürmüştür. Bu süreçte aynı zamanda yeniden yapılandırılmaya gidilmiştir; 1992 yılında Biyoloji Bölümü enstitüden çıkartılarak Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü’ne dönüştürülmüş, 1996 yılında enstitü TÜBİTAK Başkanlığına doğrudan bağlanmış ve Boğaziçi Üniversitesi Kandili yerleşkesine taşınarak fizik ve matematik alanlarında faaliyetlerini devam ettirmiştir. (Kimya ve yer bilimleri alanları için daha sonraki tarihlerde MAM bünyesinde ayrı birer enstitü; güncel adları ile Kimyasal Teknoloji Enstitüsü, Yer ve Deniz Bilimleri Enstitüsü kurulmuştur.)
1997 - 2010 Dönemi
Bu dönemde aktif faaliyetlerini Boğaziçi Üniversitesi Kandili yerleşkesinde sürdüren TÜBİTAK TBAE’de fizik ve matematik alanlarında uluslararası düzeyde önemli araştırmalar yapılmış, çok sayıda yaz/kış araştırma ve eğitim okulları düzenlenmiştir.
2011 - 2017 Dönemi
15 Temmuz 2011 tarihinde enstitü TÜBİTAK Bilişim ve Bilgi Güvenliği İleri Teknolojileri Araştırma Merkezi’ne (BİLGEM) bağlanmıştır. Bu durumun öncesinde ve sonrasında gelişen süreçlerde enstitünün bilimsel faaliyetlerinde ciddi yavaşlama ve düşüş yaşanmıştır. 3 Aralık 2015 tarihinde Sayın Cumhurbaşkanımız Recep Tayyip Erdoğan enstitünün canlandırılması doğrultusunda talimat vermiş, 7 Ekim 2017 tarihinde enstitü BİLGEM organizasyon şemasından çıkartılarak TÜBİTAK Başkanlığına doğrudan bağlanmıştır.
2018 -
TÜBİTAK TBAE, dünyadaki temel bilim alanlarında yaşanan hızlı gelişmelere uyum sağlamak ve Türkiye’ye bilimsel rekabet gücü kazandırmak amacıyla, ülkemizin kalkınma hedefleri kapsamında ve Sayın Cumhurbaşkanımızın bu konuya ilişkin iradesi doğrultusunda kararlılık ve azimle yeniden kurulmaktadır.
