合肥微尺度物质科学国家实验室是科技部2003年11月批准筹建的五个国家实验室之一。实验室“建设计划任务书”于2004年11月通过了科技部组织的海内外专家的论证。 合肥微尺度物质科学国家实验室是在长期坚持学科交叉与融合的基础上，通过对相关重点实验室资源的优化整合，逐步形成的一个以多学科综合为特点、以国家重大战略需求和交叉前沿领域为导向的新型实验室，其学科领域涉及物理、化学、材料、生物和信息，实现了五大一级学科之间大跨度的整合。

为发挥中国科技大学多学科的综合优势和多年来形成的学科交叉的良好传统与氛围，增强创新能力，2001年10月，学校决定对中科院结构分析重点实验室、选键化学重点实验室、量子信息重点实验室（若干量子物理与量子信息研究组）、结构生物学重点实验室，以及中国科技大学的原子分子物理实验室、理化分析实验室和低温强磁场实验室进行整合，组建多学科的综合性国家实验室。

国家实验室建设已列入中国科技大学“知识创新工程”二期规划和“教育振兴行动计划”建设规划。