国家核安全局是随着核能利用的发展于1984年10月成立的，其职能是独立行使核安全监督管理权，1986年国务院颁布的《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》规定了国家核安全局的职责。

1998年，政府机构改革，国家核安全局并入国家环境保护总局，统一对核安全和辐射环境实施监管。

2003年6月，《中华人民共和国放射性污染防治法》(主席令第6号)正式颁布，确立国家环境保护总局(国家核安全局)代表国家对全国核与辐射安全实施统一监管，独立行使安全监管权。依据此法，辐射监管职能正式从原来的卫生部调整到国家环境保护总局，实现了我国核安全与辐射安全监管机构的统一。

2007年3月，国家环境保护总局升格为环境保护部，由该部一名副部长兼任国家核安全局局长。