Історія заснування закладу повертає нас до 1938 року, часу створення Центральних державних науково-дослідних реставраційних музейних майстерень (з 01.01.1955 – Державна науково-дослідна реставраційна майстерня Міністерства культури УРСР). На базі ДНДРМ у 1992 році засновано Український науково-дослідний реставраційний центр, який у 1994 році отримав статус національного згідно з указом Президента України.
Від самого початку існування діяльність закладу, очолюваного його першим директором П.І. Кодьєвим, була спрямована на об’єднання та виховання кращих реставраційних кадрів, проведення практичної консервації й реставрації пам’яток історії та культури, надання музеям методичної допомоги, організацію систематичних обстежень музейних колекцій та профілактичні заходи. Загалом робота, яку виконували в майстернях у 1930–1940 рр., базувалася на загальноприйнятих реставраційних методах з використанням традиційних матеріалів, мала більш практичний, виробничий характер.
Перші спроби проведення досліджень художніх матеріалів, вивчення технології живопису та речовин, що застосовувалися в реставрації, були здійснені хіміком В.Ю. Лоханько. Наукову реставрацію започаткували корифеї своєї справи, художники-реставратори Л.П. Калениченко, Ф.І. Демидчук, З.В. Наголкіна, Д.М. Невкритий, наукові співробітники М.М. Чорногубов, Л.Т. Кравчук, зусиллями яких було реставровано понад 600 творів мистецтва, опрацьовано низку питань з проблем технології та атрибуції живопису.
Подальший розвиток реставраційних майстерень призупинила окупація Києва під час другої світової війни. Діяльність закладу відновилася в травні 1944 року. Директором призначається досвідчений художник-реставратор Л.П. Калениченко. Основними напрямами роботи майстерень, за розпорядженням уряду УРСР, визначено «реставрацію станкового малярства, речей художньо-промислового мистецтва, виробництво та реставрація стильних рам». Водночас за майстернями було закріплено приміщення на подвір’ї Музею російського мистецтва, де й дотепер розташовані окремі структурні підрозділи ННДРЦУ.
Повоєнний період історії реставраційних майстерень пов’язаний з подоланням багатьох об’єктивних труднощів, що виникли внаслідок фашистської навали: фактами вандалізму, руйнування та пошкодження унікальних музейних пам’яток, нестачею реставраційних кадрів для виконання широкомасштабних операцій, браком необхідних реставраційних матеріалів та обладнання.
У цей вкрай складний для діяльності майстерень період реставратори відродили ушкоджені в роки війни безцінні твори українських, російських, західноєвропейських майстрів, у тому числі 55 полотен Дрезденської картинної галереї, повернули до життя сотні унікальних пам’яток, що увійшли до скарбниці історичної й культурної спадщини українського народу: ікони і парсуни XVI–XVIII ст., твори відомих художників С. Святославського, В. Орловського, М. Пимоненка, В. Верещагіна, К. Трутовського, А. Васнєцова, О. Кіпренського, А. Куїнджі, Й. Лампі, П. Рубенса, Ф. Ленбаха та багатьох інших.
Поряд з практичною реставрацією триває пошук і вдосконалення оптимальних методів вивчення живопису та впровадження здобутків природничих наук у реставраційну практику. Наприкінці 1940-х років художник-реставратор П.І. Войтко вперше застосував люмінесцентний аналіз до творів живопису. З 1949 року розпочато дослідження пам’яток у відбитих ультрафіолетових, а за кілька років – у інфрачервоних та рентгенівських променях. У майстернях гуртуються кваліфіковані фахівці та виховують нові реставраційні та наукові кадри.
Завдяки невтомній праці художників-реставраторів старшого довоєнного покоління, талановитих висококваліфікованих фахівців повоєнного періоду Н.П. Демидчук, В.Г. Казакова, Г.В. Холопцевої, П.І. Войтка, Д.К. Детюка, І.П. Дорофієнко та обдарованих реставраторів, що прийшли їм на зміну в 1960–1970 рр., – П.М. Чайки, А.І. Устинова, Г.С. Яценко, О.О. Корвацької, А.А. Ачкасової та ін. врятовано тисячі унікальних пам’яток з музейної скарбниці України. Серед них – твори Т. Шевченка, В. Жуковського, К. Брюллова, В. Полєнова, М. Ге, І. Айвазовського, А. Петрицького, С. Васильківського, О. Мурашка, М. Ярошенка, М. Врубеля, І. Шишкіна, Д. Рейнольдса, Л. Моралеса, Й. Грьоза, М. Волошина, Ф. Соколова, Л. Жемчужникова, З. Серебрякової, М. Рериха, Г. Рембрандта, Ф. Гойї, а також японська ксилографія, китайські сувої, археологічне скло, кераміка і порцеляна, твори декоративно-ужиткового мистецтва, стародруки та ін.
У 1960–1970 рр. здійснення практичної реставрації не уявлялося без участі хіміка Р.І. Каганович – завідувачки хіміко-технологічної лабораторії, що займалася розробкою методик мікрохімічного дослідження матеріалів живопису (пігментів, в’язива, наповнювачів ґрунту), фотографа Г.І. Войтко, завдяки наполегливій праці якої оптико-фізичні дослідження було піднято на високий рівень.
У організації та налагодженні діяльності структурних підрозділів безпосередньо брали участь молоді художники-реставратори Г.К. Горишняк, Л.Б. Рапопорт, Г.Г. Волощук, Т.В. Коваленко, О.І. Мінжулін, В.І. Цитович, Г.К. Волков, О.В. Драга, С.В. Кулаков, В.М. Ромащенко, Р.Х. Усманов, Т.А. Бичко, Н.В. Овчаренко, Л.В. Когут, О.В. Логінова, Г.А. Дроздов, І.Ф. Демидчук-Демчук, мікробіолог Г.М. Новікова, хімік Т.В. Жихарєва та інші фахівці, захоплені своєю справою, експериментальною, науково-дослідною роботою в царині реставрації, багато з яких і нині працюють у Центрі та інших організаціях, досягши з часом визнаної професійної майстерності.
У 1983–1984 рр. для більш широкого охоплення практичною реставрацією музеїв України, збільшення обсягу заходів з комплексного обстеження, дослідження музейних колекцій та надання методично-консультативної допомоги музейним працівникам при ДНДРМ було створено три філії. Діяльність філій в Одесі, Харкові, Львові сприяла суттєвому поліпшенню стану збереженості консервації й реставрації пам’яток історії та культури в регіонах України.
Нині Національний науково-дослідний реставраційний центр України, як провідний заклад у реставраційній галузі, поєднує практичну реставрацію з науково-експериментальною роботою.
За роки існування в ННДРЦУ склалися свої традиції, виріс і сформувався колектив, спроможний виконувати найскладніші завдання. Водночас, визначився характер реставраційної, наукової, методичної роботи та основні напрями діяльності закладу, які в цілому базуються на спадкоємності накопиченого досвіду, знаннях, тісному зв’язку з музейними, науковими і спорідненими реставраційними організаціями України та інших держав світу.