Впервые в России академия наук (прообраз современной РАН) была создана по распоряжению Петра Первого соответствующим Указом Сената от 28 января (8 февраля) 1724 года. Она являлась аналогом европейских академий.

Первым президентом академии был Лаврентий Блюментрост (ученый-медик). Для работы в академии Петр I пригласил многих иностранных учёных, специалистов в своих областях. Это были физик Георг Бюльфингер, историк Г.Ф.Миллер, астроном и географ Жозеф Делиль, математики Николай и Даниил Бернулли, Христиан Гольдбах. Соответственно и основные результаты были получены приглашенными иностранными учеными.

Первым учёным мирового масштаба, имевшим российское происхождение, стал академик М.В.Ломоносов. Он обогатил фундаментальную науку открытиями в химии, физике, астрономии, геологии и внес вклад в языкознание.

По инициативе Академии в 1803-1806 годах состоялась кругосветная экспедиция И.Ф.Крузенштерна и Ю.Ф.Лисянского. А в 1820 году экспедиция Ф.Ф. Беллинсгаузена и М.П.Лазарева открыла Антарктиду. В конце XIX века А.С.Попов изобрел радио. На рубеже XIX-XX веков биолог Д.И. Ивановский открыл вирусы, а И.И. Мечников (нобелевский лауреат) – клеточные механизмы иммунитета.

И.П.Павлов – также нобелевский лауреат – открыл условные рефлексы.

После 1917 года в Советской России, а затем в СССР академия наук стала высшим государственным учёным учреждением. После 1917 года при участии Академии наук развернулись исследования Курской магнитной аномалии и минеральных ресурсов Кольского полуострова. В конце 1920-х гг. Н.Н.Семенов создал теорию разветвлённых цепных реакций.

В 1934 году переехала в Москву. В 1918-1961 годах появились свои академии во всех союзных республиках, кроме РСФСР. В РСФСР были созданы региональные отделения Академии наук СССР. В предвоенные годы П.А.Черенков открыл, а И.Е.Тамм и И.М.Франк теоретически объяснили эффект излучения света заряженной частицей при её движении со скоростью, превышающую фазовую скорость света в среде. В 50-е гг. Н.Г.Басов и А.М.Прохоров создали ряд типов лазеров. Перечисленные открытия были удостоены Нобелевских премий.

В 1957 году был запущен первый искусственный спутник Земли, а в 1961 году состоялся полёт Ю.А.Гагарина в космос. Это стало возможным благодаря научным коллективам, возглавляемым С.П.Королёвым.

В 1950-1970-х годах биологи АН СССР создали антиполиомиелитную вакцину, а затем соучаствовали в иммунизации населения Земли против оспы. На всех исторических этапах Академия играла центральную роль в укреплении обороноспособности страны. Перед Первой мировой войной академик Н.Д.Зелинский создал противогаз, В.Н.Ипатьев в 1916—1920 гг. организовал производство взрывчатых веществ, академик А.Н.Крылов разработал «таблицы непотопляемости» кораблей. В конструкторских бюро С.В.Ильюшина и А.Н.Туполева сконструированы самолёты, обеспечившие превосходство советской авиации во время Великой Отечественной войны. В послевоенный период был создан ракетно-ядерный щит (в его создании участвовали академики И.В.Курчатов, Ю.Б.Харитон, Я.Б.Зельдович и др.), обеспечивший военно-стратегический паритет СССР со странами Запада.

Несмотря на сложные процессы, происходившие в стране в XX веке, Академия наук сохранила свое единство, она остается главным научным центром России, одним из ведущих научных центров мировой науки.