1951年至1953年，中国科学院金属研究所筹建。

1953年，周恩来总理签署任命通知书，任命从英国雪菲尔德大学归来的李薰博士为金属所所长。

1953年至1957年，主要为钢铁冶金工业服务，研究领域为金属物理、冶金物化、金属加工、选矿、耐火材料、金相技术、化学分析。

1957年至1966年，开辟了高温合金、难熔金属、金属陶瓷等研究领域。

1970年至1977年，隶属冶金部。

1978年，回归中国科学院管理。

1982年至1999年，以金属研究所和长春应用化学研究所的有关研究室为基础成立了中国科学院金属腐蚀与防护研究所。

1985年至1993年，先后建立固体原子像开放实验室、材料疲劳与断裂、快速凝固非平衡合金、金属腐蚀与防护国家重点实验室。

1995年，成立高性能均质合金国家工程研究中心。

1996年，成立国家金属腐蚀控制工程技术研究中心。

1999年，原金属研究所与原金属腐蚀与防护研究所整合，成立新的“中国科学院金属研究所”，进入中国科学院知识创新工程“东北高性能材料研究发展基地”。

2001年，成立沈阳材料科学国家（联合）实验室。

2002年，成立沈阳先进材料研究发展中心。

2011年，进入中国科学院“创新2020”。

2021年2月25日，加入辽宁省钢铁产业产学研创新联盟。