NILU ble grunnlagt som institutt under Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Forskningsråd den 1. juni 1969 da instituttets første direktør, Brynjulf Ottar, tiltrådte sin stilling. Instituttet ble fristilt som selvstendig stiftelse 16. desember 1985. Det har siden opparbeidet seg som et av de ledende forskingsmiljøer og vitenskapelige laboratorier i Europa som hovedsakelig arbeider med problemer relatert til luftforurensning. NILU mottar en grunnbevilgning fra Miljøverndepartementet for å ivareta nasjonale oppgaver i spørsmål relatert til luftkvalitet. NILU har således en sentral rolle i det forebyggende miljøvernarbeidet og har kunnskapsstrategisk betydning for miljøvernforvaltningen. Med rundt 200 ansatte, omtrent halvparten er forskere, er NILU blant Europas største luftforskningsinstitutter.