Азербайджан является одним из древнейших научных и культурных центров мира. Жители исторических территорий страны на протяжении тысячелетий создали богатое материально-культурное наследие. 

Азербайджанской Демократической Республике (1918–1920) принадлежат большие заслуги в признании науки и интеллектуальных ценностей Азербайджана в качестве национального достояния. Учреждение Бакинского университета, отправка азербайджанских студентов в высшие учебные заведения Европы, распространение национального языка и культуры стали важными факторами, оказавшими влияние в целом на развитие азербайджанской науки. В начале 1920-х годов научные исследования в республике были в основном сконцентрированы в Бакинском университете. В 1920-22-х годах здесь была создана и действовала научная ассоциация, состоящая из гуманитарного, медицинского и естественного отделений. Ассоциация поставила цель - решить исследовательские проблемы в различных сферах науки, подготовить научные кадры и оказать всестороннюю помощь для развития науки. В конце 1921-го года при Университете создается Общество естествоведов и врачей, а чуть позже Общество востоковедов и врачей. В 1920-м году начинает свою деятельность высшая школа, дающая техническое образование - Бакинский Политехнический Институт. Здесь проводились научные исследования в области техники, экономических наук и агрохимии.

В 1923-м году для проведения научно-исследовательских работ по инициативе Наримана Нариманова было создано Общество исследований и тетебо Азербайджана. Это общество было главным научным учреждением республики. Вначале в Общество входили отделения Истории и Этнографии, Экономики и Естествознания. В 1925-м году из Отделения истории и этнографии было создано Отделение тюркологии. Для проведения научных исследований в различных областях науки: истории, истории литературы, этнографии, языкознания, лексикографии, права, промышленности, исследования Каспийского моря, изобразительного искусства, театра, музыки и т.д., были созданы комиссия и подкомиссии. В Шемахе, Гяндже, Ленкорани, Закаталах и в других регионах республики, в том числе, Нахичеванской АР и НКАР были созданы отделения Общества. В 1925-м году Общество перешло в распоряжение Азербайджанского правительства. В 1929-м году Общество исследования и тетебо Азербайджана переименовалось в Азербайджанский государственный научно-исследовательский институт (ГНИИ). В институт входили отделения естествознания, биологии, истории, языкознания, литературы и искусства, философии, Советского Востока и Зарубежного Востока, государства и права. В деятельности Азербайджанского ГНИИ существенное место занимало взаимосвязь научно-исследовательских работ в республике, а также подготовка научных кадров в высшие и средние специализированные учебные заведения. Аспирантура АзГНИИ только в 1929-1930-х годах подготовила 33 научных работника, а в 1930-1931-е годы сюда было принято 43 человека. В конце 1932-го года функционировало 30 научных учреждений и более 10-ти высших учебных заведений. В этот период в республике насчитывалось 800 научных сотрудников, в том числе 87 профессоров и 138 доцентов. Однако ни АзГНИИ, ни отраслевые институты не могли в полной мере решить проблемы, стоящие перед наукой.

С целью проведения научных исследований в Азербайджане на высоком уровне и обеспечения улучшения эффективности работы научных учреждений в 1932-м году на базе АзГНИИ было создано Азербайджанское Отделение Закавказского Филиала Академии Наук СССР. Заведовал отделением Рухулла Ахундов. В отделении функционировало 11 секторов и несколько комиссий. Ряд знаменитых ученых: Бекир Чобанзаде, Муса Эфендиев, Вели Хулуфлу, А.А.Гроссейм, И.М.Губкин, Н.И.Марр, И.И.Мещанинов, А.С.Мамедов, С.Мумтаз, А.Тагизаде, И.Г.Есьман и другие проводили здесь научно-исследовательские работы.

В октябре 1935-го года отделение переименовали в Азербайджанский Филиал АН СССР. На базе существующих при Филиале отделений были созданы научно-исследовательские институты: Химии, Ботаники, Зоологии и Истории, Этнографии и Археологии, Языка и Литературы, а также сектора Энергетики, Физики и Почвоведения. Кроме институтов и секторов Филиала в республике были учреждены Научно-исследовательский институт нефти, Научно-исследовательский институт хлопководства, Институт нефтяного машиностроения, Институт курортологии и лечения физическими методами, Институт гидротехники и мелиорации, а также ряд других научных станций и опорных участков. В научно-исследовательских институтах по медицине (Тропических болезней, Защиты матерей и детей, Микробиологии), в Азербайджанском научно-исследовательском ветеринарном институте, в Азербайджанском отделении Закавказского института строительных материалов, в Ленкоранской зональной станции субтропических растений, а также в лабораториях и научных кабинетах Азербайджанского государственного университета, в Индустриальном, Сельскохозяйственном, Педагогическом и Медицинском институтах, в средних специальных учебных заведениях Азербайджана проводились масштабные научно-исследовательские работы. Уже в 1940-м году в республике действовало 60 научных учреждений. Если в 1938 году в филиале Азербайджанской АН ССР было 16 докторов наук, профессоров и 20 кандидатов наук, то в 1941 году их число соответствовало 21 и 161.

23 января 1945 года Указом Совета Народных Комиссаров СССР филиал был преобразован в Азербайджанскую Академию Наук. В этот период академия имела 4 отделения, 16 научно-исследовательских институтов, научно-исследовательский отдел, 3 музея, Центральную научную библиотеку и научные базы в Нахичеване, Гяндже, Ханкенди и Губе. В этот же год в Азербайджанскую АН было избрано 15 действительных членов.

31 марта 1945 года на первом заседании действительных членов академии Мирасадулла Миргасымов был избран президентом АН. В последующие годы президентами Академии наук были Юсиф Мамедалиев (1947-1950, 1958-1961), Муса Алиев (1950-1958), Захид Халилов (1961-1967), Рустам Исмаилов (1967-1970),  Гасан Абдуллаев (1970-1983), Эльдар Салаев (1983-1997), Фарамаз Магсудов (1997-2000), Махмуд Керимов (2001-2013). С 2013 года президентом НАНА является академик Акиф Ализаде.

НАНА имеет 6 отделений: физико–математических и технических наук (Институт физики, Институт математики и механики, Институт систем управления, Институт Радиационных Проблем, Институт информационных технологий, Шaмахинская астрофизическая обсерватория имени Насреддин Туси, Институт биофизики); химических наук (Институт нефтехимических процессов имени академика Юсиф Мамедалиева, Институт катализа и неорганической химии имени М.Нагиева, Институт химии присадок имени академика Али Гулиева, Институт полимерных материалов); наук о Земле (Институт геологии и геофизики, Институт географии имени академик Гасан Алиева, Институт нефти и газа, Республиканский центр сейсмологической службы); биологических и медицинских наук (Институт ботаники, Институт молекулярной биологии и биотехнологий, Институт зоологии, Институт физиологии имени Абдулла Гараева, Институт микробиологии, Центральный ботанический сад, Институт дендрологии, Институт генетических ресурсов, Институт почвоведения и агрохимии); гуманитарных наук (Институт литературы имени Низами Гянджави, Институт языкознания имени Насими, Институт архитектуры и искусства, Институт рукописей имени Мухаммеда Фузули, Институт фольклора, Национальный музей истории азербайджанской литературы имени Низами Гянджави, Дом-музей Гусейна Джавида), общественных наук (Институт истории имени А.А. Бакиханова, Институт археологии и этнографии, Институт экономики, Институт философии, Институт права и прав человека, Национальный музей истории Азербайджана, Институт истории науки, Институт кавказовединия, Институт востоковединия имени академика З.М. Бунядова) 2 региональных отделения: Нахчыванское отделение (Институт истории этнографии и археологии, Институт искусства, языка и литературы, Институт природных ресурсов, Институт биоресурсов, Фонд рукописей, Батабатская астрофизическая обсерватория), Гянджинское отделение (Центр имени Низами Гянджеви, Институт гуманитарных исследований, Институт краеведения, Институт биоресурсов, Институт аграрных проблем, Институт экологий и природных ресупсов, Ботанический сад); Шекинский региональный научный центр и Ленкоранский региональный научный центр.

Кроме того, при Президиуме НАНА действует ряд учреждений: Центральная научная библиотека, Научный центр "Азербайджанская Национальная Энциклопедия", Естественно-исторический музей, Специальное конструкторское бюро «Кибернетика», Научно-производственное объединение «Присадка», Научно-производственное объединение «Нафта», Издательство «Элм», Республиканский совет по координации научных исследований, Профсоюзная организация, Совет ветеранов, Совет молодых ученых и специалистов, "Дом ученых", Междисциплинарный аналитический центр и Общество с ограниченной ответственностью "Парк высоких технологий НАНА". 

Распоряжением Президента Азербайджанской Республики Ильхама Алиева от 12 января 2004 года Азербайджанская энциклопедия была отдана в подчинение НАНА, и в соответствии с другим Распоряжением от 5 мая 2004 года был создан Научный центр «Азербайджанская национальная энциклопедия».

В настоящее время в Национальной академии наук Азербайджана работают более 10 тыс. сотрудников, в том числе 4939 научных сотрудников, 560 докторов наук, 2046 докторов философии. В состав академии входят 72 действительных члена и 112 членов-корреспондентов.

Академия поддерживает связи с научными учреждениями зарубежных государств. В целях обмена мнениями по современным научным проблемам, изучения научно–исследовательского опыта и знакомства с организацией науки ежегодно академию посещают много иностранных ученых. Ученые Академии выступают на международных научных съездах, конгрессах и симпозиумах с докладами, посвященными актуальным проблемам науки и техники.

По инициативе НАНА организуются международные научные совещания и конференции. Были изданы 604 книги и опубликованы 4208 статей ученых академии (2427 в журналах с импакт-фактором). НАНА является членом ряда престижных международных научных организаций. Сотрудники академии проводят исследования в рамках совместных программ с ведущими научными и образовательными учреждениями стран-членов СНГ, США, Японии, Израиля, Швейцарии, Англии, Германии, Пакистана, Турции, Ирана и др. стран, а также принимают участие в кадровом и информационном обмене.

В период руководства Гейдара Алиева независимым Азербайджанским государством в стране были предприняты значительные меры в области развития науки, укрепления научно-технического потенциала, подготовки научных кадров высшей квалификации, повышения роли научных сотрудников в обществе. Указом общенационального лидера Гейдара Алиева от 15 мая 2001 года Академии наук Азербайджана был присвоен статус «Национальной академии наук», что повышает статус Академии и ставит перед ней важные цели, повышая ответственность ученых перед народом и государством.

Указом Гейдара Алиева от 4 января 2003 года НАНА был придан статус высшего государственного органа, осуществляющего научную и научно-техническую политику независимого Азербайджанского государства, президент академии наделен полномочиями члена высшей исполнительной власти, а ее  Устав признан в качестве государственного документа. Таким образом, для всестороннего развития НАНА была создана правовая основа, расширились сфера деятельности и полномочия Академии, и перед ней поставлены ответственные государственные задачи.

Президент Азербайджанской Республики Ильхам Алиев последовательно продолжает реализацию стратегии и программы Гейдара Алиева в области науки, образования и культуры.