XVII. yüzyıldan itibaren Avrupa'da kurulmaya başlanan bilim akademileri (1603 Academia dei Lincei, İtalya; 1660 Royal Society, İngiltere ve 1666 Academie des Sciences, Fransa) dünyada modern bilim anlayışının gelişimine zemin hazırlamıştır. Bu gelişmeler neticesinde Osmanlı Devleti'nde de bu anlamda 11 Şubat 1851 tarihinde Encümen-i Dâniş kurulmuştur. Encümen-i Dâniş'in kuruluş amacı, Dârülfünun'da okutulacak ders kitaplarının hazırlanması ile toplumun entelektüel seviyesini yükseltecek telif ve tercüme eserleri hazırlamak olarak belirlenmiştir. Yapısı da Fransız Akademisi model alınarak aslî ve fahrî üyelerin belirlenmesi ve seçimi üzerinden şekillenmiştir. Kuruluşa sadece ilim ve fikir adamları değil ileri gelen devlet yöneticilerinden de üyeler dahil edilmiştir. J. von Hammer-Purgstall, J. Redhouse ve T. Bianchi gibi yabancı üyeleri de bulunan Encümen-i Dâniş'in yazımına ve basımına öncülük ettiği ilk eser, Ahmed Cevdet Paşa tarafından neşredilen on iki ciltlik Târîh-i Cevdet olmuştur. İbn Haldun'un Mukaddime isimli eseri de yine bu kapsamda Ahmed Cevdet Paşa tarafından tercüme edilmiştir. Dönemin şartları içinde uygun faaliyetler icra etmeye çalışan bu kuruluş uzun ömürlü olamamış ve çalışmaları daha sonra Cem'iyet-i İlmiye-yi Osmâniye, Târîh-i Osmânî Encümeni, Cem'iyet-i Tıbbiye-yi Osmâniye ve Tercüme Cemiyeti gibi farklı zamanlarda kurulan benzer ve çeşitli kuruluşlar aracılığı ile yürütülmeye devam edilmiştir (bk. Encümen-i Dâniş).

Cumhuriyet dönemine gelindiğinde ise 1932 yılında Türk Dil Kurumu, 1935'te Türk Tarih Kurumu, 1963'te Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), 1981'de Yükseköğretim Kurulu (YÖK) kurulmuş ve aynı dönemlerde farklı illerde çeşitli üniversiteler açılarak toplum açısından öne çıkan bilimsel ve kültürel meselelerin değerlendirilmesi, araştırılması ve desteklenmesi sağlanmıştır. Bütün bilim disiplinlerini kapsayan bir ulusal akademi fikrinin resmî olarak gündeme gelmesi ve böyle bir kurumun temellerinin atılması ise ancak 1993 yılında gerçekleşebilmiştir. Ülkemizin bilim ve teknoloji politikaları ile gündemine yön vermek amacıyla 1983 yılında kurulan Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu'nun (BTYK) 3 Şubat 1993 tarihinde gerçekleştirilen toplantısında bir ulusal bilimler akademisi kurulması kararı alınmıştır. Böylece Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA), 2 Eylül 1993 tarih ve 21686 sayılı Resmî Gazete'de yayımlanan 497 sayılı "Türkiye Bilimler Akademisi'nin Kurulması Hakkında Kanun Hükmünde Kararname" ile "Başbakana bağlı, tüzel kişiliğe, bilimsel, idari ve mali özerkliğe sahip bir kuruluş" olarak dönemin başbakan yardımcısı Prof. Dr. Erdal İnönü'nün önerileri ile kurulmuştur. Dönemin başbakanı, Ayhan Çavdar, Engin Bermek, Burak Erman, Celal Şengör; Çiğdem Kağıtçıbaşı, Erdoğan Şuhubi, Metin Heper, Murat Sertel, Ufuk Esin ve Yavuz Nutku'dan oluşan 10 akademisyen, Türkiye Bilimler Akademisi kurucu üyesi olarak kararname ile atanmıştır; bu üyeler de ilk genel kurulu oluşturmak adına ikinci bir on üye seçmişlerdir. Akademinin ilk genel kurul toplantısı ile Türkiye Bilimler Akademisi başkanı ve akademi konsey üyeleri seçilmiş ve akademi, faaliyetlerine 7 Ocak 1994 tarihinde başlamıştır.

Türkiye Bilimler Akademisi'nin görevleri, bilimsel konularda ve bilimsel önceliklerin tespit edilmesi gayesiyle incelemelerde bulunmak ve danışmanlık yapmak; toplumda bilimsel yaklaşım ve düşüncenin yayılmasını sağlamak; genç bilim insanlarını özendirmek; cumhurbaşkanına Türk bilim insanları ve araştırmacıların toplumsal statüleri, yaşam düzeyleri, gelirleri ve bilimsel faaliyetlerin gereği olan özel kolaylık ve ayrıcalıklara ilişkin mevzuat değişiklikleri önermek; bilimin öneminin kamuoyunca takdir ve teslimini sağlamak ve bilim insanlığını teşvik etmek için ödüller vermek; amaçların gerçekleştirilmesi ve görevlerin yerine getirilebilmesi için ülkenin bilim stratejisine yönelik raporlamalar ve bilimsel yayın faaliyetleri gerçekleştirmek, bunları ilgili kurum ve kişilerle paylaşmak; bilim diplomasisi alanında faaliyetler yürütmek ve bu alanın gelişmesine katkı sunmak ve bilim tarihi mirasımızın günümüze aktarımı için faaliyetlerde bulunmak olarak belirlenmiştir.

Akademinin merkezi, kuruluşundan itibaren Ankara'da bulunmaktadır. Bununla birlikte, mülkiyeti Kültür ve Turizm Bakanlığı Vakıflar Genel Müdürlüğü'ne ait olan ve Türkiye Bilimler Akademisi öncülüğünde restorasyonu gerçekleştirilen İstanbul'daki tarihî Râbi Medrese 2005 yılında akademinin kullanımına tahsis edilmiştir. Ayrıca İstanbul Teknik Üniversitesi Maçka Yerleşkesi'nde akademinin kullanımına tahsis edilmiş (1997), içinde akademi kütüphanesinin de yer aldığı İstanbul Maçka Ofisi bulunmaktadır.

Türkiye Bilimler Akademisi kuruluş mevzuatında 2011'de yapılan değişiklikle Bilim, Sanayi ve Teknoloji bakanına bağlanmıştır. 15 Temmuz 2018 tarihinde yayımlanan 4 nolu Cumhurbaşkanlığı Kararnamesi ile de "Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı ile ilgili, tüzel kişiliğe, bilimsel, idari ve mali özerkliğe sahip, özel bütçeli" ilişkili kurum haline getirilmiştir. Akademinin ilk başkanı Ayhan Çavdar bu görevi 2000 yılına kadar sürdürmüştür. 2000-2008 yılları arasında başkanlık görevini Engin Bermek yürütmüştür. Yücel Kanpolat ise 2008-2012 yıllarında başkanlık yapmıştır. Ardından 2012-2019 yılları arasında, Ahmet Cevat Acar Türkiye Bilimler Akademisi başkanı olarak görev yapmıştır. Muzaffer Şeker ise 2019 yılında devraldığı akademi başkanlığı görevini halen sürdürmektedir.

Akademide; aslî üye, asosye üye ve şeref üyesi olmak üzere üç tür üye bulunur. Aslî üye sayısı, Türkiye'de çalışan profesör unvanlı bilim adamlarının yüzde ikisini geçemez. Asosye üye sayısı ise aslî üye sayısı için belirlenen üst sınırın yarısını geçemez. Şeref üyeliği sayısı herhangi bir sınırlamaya tâbi değildir. Aslî ve asosye üyeler her yıl sonunda o yıl içinde yaptıkları çalışmalarla gelecek yıl yapmayı planladıkları araştırmaları birer rapor halinde akademi konseyine sunarlar. Her bir üye, akademi bünyesinde fen ve mühendislik bilimleri, sosyal ve beşerî bilimler ile sağlık ve yaşam bilimleri olarak belirlenmiş üç bilim alanından biriyle akademi konseyi tarafından ilişkilendirilir. Aslî üyeler, ulusal veya uluslararası saygın kuruluşlardan ödül veya madalya almış; kendi adıyla anılan keşif, icat, teori ve modellere sahip olan ve/veya adı klasik kitaplara veya derleme makalelere geçmiş; uluslararası bilim atıfları kataloglarında genel kabul görmüş; yüksek sayıda atıf almış Türkiye Cumhuriyeti uyruklu seçkin bilim insanları arasından seçilmektedir. Asosye üyeler, aslî üye olmaya aday Türkiye Cumhuriyeti uyruklu yetenekli ve başarılı genç bilim insanları arasından beş yıllık süre için seçilir. Asosye üyelik süresi toplam en çok on yıldır. Şeref üyeleri ise aslî üyelerde aranan şartları taşıyan yabancı bilim insanları ile özgün ve çığır açıcı bilimsel çalışmalara sahip Türkiye Cumhuriyeti uyruklu bilim insanları arasından seçilir. Halihazırda hem Türkiye'den hem de yurt dışından birçok tanınmış akademisyen Türkiye Bilimler Akademisi'nin şeref üyesidir. 2015 yılında Nobel Kimya ödülü kazanan Aziz Sancar, XX. yüzyılın en önemli nöroşirürjisyenlerinden kabul edilen Gazi Yaşargil, ekonomist Jeffrey David Sachs Türkiye Bilimler Akademisi şeref üyelerinden bazılarıdır. Ayrıca daha önce vefat etmiş olan Cahit Arf, Halil İnalcık, Fuat Sezgin, Kemal Karpat, Şerif Mardin, Çiğdem Kâğıtçıbaşı, Ş. Teoman Duralı, Emel Arınç, Bernard Lewis ve Stanford Shaw gibi uluslararası bilim camiasında tanınan kıymetli bilim insanları da Türkiye Bilimler Akademisi'nin şeref üyesi olmuşlardır (bütün üyeler için bk. www.tuba.gov.tr).

Türkiye Bilimler Akademisi, Akademi Genel Kurulu, Akademi Konseyi ve Akademi Başkanlığı organlarından oluşmaktadır. Akademi başkanı, aslî üyeler arasından atanırken genel kurul ise aslî, asosye ve şeref üyelerinden oluşmaktadır. Akademi konseyi ise genel kurul tarafından her bilim alanından dörder üye olmak üzere üç yıl için seçilen on iki aslî üye ve akademi başkanından oluşmaktadır.

Akademiye aslî ve asosye üye seçimi; aslî üyeler, YÖK ya da TÜBİTAK Yönetim Kurulu tarafından akademi başkanlığına gerekçeli teklif yazısıyla önerilen adayların akademi konseyi tarafından kabulü ve genel kurulun ilgili bilim alanıyla irtibatlı üyelerinin onaylaması suretiyle gerçekleştirilir. Şeref üyesi seçimi; en az on aslî/şeref üyesi, Yükseköğretim Kurulu ya da TÜBİTAK Yönetim Kurulu tarafından akademi başkanlığına gerekçeli teklif yazısıyla önerilen adaylar arasından akademi konseyi tarafından gerçekleştirilir. Türkiye Bilimler Akademisi uluslararası akademi ödülü sahipleri akademi konseyi kararıyla şeref üyesi seçilebilirler. Aslî üyeler tarafından önerilecek aslî ve asosye üye adayları için bir aslî üye tarafından akademi başkanlığına yazılı olarak başvurulması ve aday gösterilen kişinin, aday gösteren üye dışında iki aslî ya da şeref üyesi tarafından da yazılı olarak desteklenmesi gerekir. Üye adayı önerilerinin değerlendirilmesi ile üye adaylarının seçim süreçlerine ilişkin usuller ve esaslar yönetmelikle düzenlenir (usul ve esaslar için bk. www.tuba.gov.tr).

Türkiye Bilimler Akademisi, faaliyetlerini çeşitli proje ve programlar çerçevesinde, oluşturulan çalışma grupları marifetiyle, üyeleri ve diğer bilim insanlarının gönüllü katkılarıyla sürdürmektedir. Türkiye Bilimler Akademisi, "Uluslararası Akademi, TÜBA-GEBİP, TÜBA-TESEP ödül programları, Bilim Eğitimi Programı, Açık Ders Malzemeleri, Kültür Envanteri Çalışmaları, Türkçe Bilim Terimleri Sözlüğü" gibi program ve projeler yürütmektedir. Ayrıca Türkiye Bilimler Akademisi'nin toplamda 100 esere ulaşması beklenen ve Cumhurbaşkanlığı himayelerinde sürdürdüğü "Türk-İslâm Bilim Kültür Mirası (TİBKM) Projesi" kapsamında bu güne kadar 59 eser yayımlandı. Akademi aynı zamanda üyelerinin ve alanında uzman akademisyenlerin oluşturduğu tematik çalışma gruplarının faaliyetleri ile Uluslararası İlişkiler Çalışma Grubu; Çevre, Biyoçeşitlilik ve İklim Değişikliği Çalışma Grubu; Sağlık Bilimleri ve Teknolojileri Çalışma Grubu; Bilişim Teknolojileri ve İletişim Çalışma Grubu; Sürdürülebilir Kalkınma ve Finans Çalışma Grubu; Enerji Çalışma Grubu; Gıda ve Beslenme Çalışma Grubu; Bilim ve Eğitim Politikaları Çalışma Grubu; Kök Hücre Çalışma Grubu ve Kanser Çalışma Grubu gibi üyelerinin oluşturduğu toplulukların faaliyetleri ile Türkiye'nin ve dünyanın gündemindeki önemli ve güncel konulara ilişkin bilimsel faaliyetler düzenlemekte ve raporlamalar yapmaktadır. Söz konusu çalışma grupları konsey kararı ile kurularak faaliyetlerini yürütür, faaliyetlerine ihtiyaç kalmadığında da yine konsey kararı ile sonlandırılır.

Türkiye Bilimler Akademisi, genç bilim insanlarının yetişmesi ve desteklenmesine ayrı bir önem vermektedir. Bu sebeple diğer ülkelerin bilim akademilerinde de hızla yayılmaya başlayan "genç akademi" oluşumunun ilk örneklerinden sayılabilecek olan TÜBA-Genç Akademi 2019 yılında kurulmuştur. TÜBA-GEBİP ödülü sahibi bilim insanları, TÜBA-Genç Akademi'de doğal üye sayılmaktadır. Türkiye Bilimler Akademisi yine aynı misyonla "Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı ödülleri" programını (TÜBA-GEBİP) 2001 yılında başlatmıştır. Söz konusu program alanlarında üstün başarı gösteren kırk yaş altı bilim insanlarını akademinin çatısı altında akademi üyeleri ve çalışma grupları ile iş birliğine teşvik eden ve çalışmalarını sürdürmeleri için ihtiyaç duyacakları maddi desteği ödül şeklinde sağlayan bir işleyişe sahiptir.

Türkiye Bilimler Akademisi ülkemizin bilimsel alandaki uluslararası ilişkilerini yürütmek ve bilimsel diplomasi faaliyetlerini gerçekleştirmek görevi çerçevesinde, Türkiye'yi dünya bilim camiasında temsil etmektedir. Türkiye Bilimler Akademisi bilimsel iş birliğini geliştirmek adına; küresel, kıtasal, bölgesel temele göre yapılandırılan AASSA, IAP, ALLEA, ISC, EMAN vb. uluslararası akademiler arası çatı organizasyonlara üyedir. Aynı zamanda, Türk Dünyası Ulusal Bilimler Akademileri Birliği'nin (UNASTW) kurucu üyesidir. vb. on üç uluslararası akademiler arası çatı organizasyona üyedir. Ayrıca Türkiye Bilimler Akademisi Avusturya, Macaristan, Fransa, Kore, Filipinler ve Azerbaycan gibi çeşitli ülkelerin ulusal akademileri ya da bilimsel kuruluşları ile ikili iş birliği anlaşması imzalamıştır. Söz konusu ikili anlaşmalarla Türkiye'nin ve diğer ülkelerin eğitim ve araştırma kurumları arasında iş birliğini teşvik eden, hızlandıran ve kolaylaştıran çalışmalar yürütülmekte ve anlaşma yapılan ülke kurum ve kuruluş sayılarının arttırılarak iş birliğinin yaygınlaştırılması hedeflenmektedir.