中国科学院电工研究所是1958年在原中国科学院机械电机研究所的部分研究室的基础上在北京筹建，1963年正式成立的。它是中国科学院内唯一从事电工学科研究的专业研究所。
在建所初期，全所工作围绕我国电力建设与发展的需要，国防特种电工装备的需要和电加工技术的发展，开展了电力系统稳定和运行方式，电力系统自动化，大型电机，高电压技术，电工测量和仪器仪表，暂冲式电弧风洞用电弧加热器，脉冲放电风洞电源，大型电感储能装置，电火箭，微电机，特种电源，电火花、电子束、离子束与等离子体加工技术等多方面的研究与研制工作，为我国电力的发展，国防现代化及电加工技术的产业化做出了一系列重要贡献，培养、锻炼了一批有良好基础和实际工作能力的科技骨干队伍。
1965年，由于全国统一动力系统建设的要求放慢，并为了避免与产业部门和高等院校间的不必要重复，科学院对我所的研究方向进行了调整，由原来研究全国统一动力系统建设中的关键电工科技改为针对相对近期国民经济和国防建设的需要，大力发展电工新技术及其应用的研究。并对原有的研究工作作了相应的调整，中止和外调了有关电力系统稳定和电力系统自动化方面的工作。调整了高电压技术和大型电机的研究内容。高电压技术的研究从过去主要研究高电压输变电工程中的高电压技术问题改为开展高压脉冲放电技术及其应用的研究，特别是液中高压脉冲放电和快脉冲放电技术的研究，大型电机的研究除保留部分原有的内容外，重点转为开展特种电机的研究。
十年动乱期间，体制变动较多。1968年我所划归国防科委领导，改名为国防科委第五〇六研究所，主要研究方向是发展电火箭技术，并计划分建第一五〇八所，发展大功率脉冲电源。1970年重回科学院，恢复了原来的所名和工作。1972年为了加强磁流体发电研究，将原来的磁流体发电研究组改建为磁流体发电研究室。1973年我所与科学院其他五所一厂一起下放北京市，实行中国科学院和北京市的双重领导，改称为中国科学院北京电工研究所。1978年重新归中国科学院领导，仍称中国科学院电工研究所。
自七十年代以来随着科学技术的不断发展，我所陆续开辟了超导电工，计算机在电工中的应用和微电子束加工技术等新型学科的研究，并建立了相应的研究室。1979年所的研究方向根据科学院长远发展规划的要求，定为“发展电工电能的应用基础理论及其新技术”。为此，对有关课题作了一些调整，新开辟了太阳能热发电研究，调出了电火箭的工作。1982年太阳能热发电研究转为太阳能热利用与光伏发电研究，与风力发电研究一起于1986年组建成新能源研究室。
为了贯彻科研体制改革的方针，我所于1984年建立了“中国科学院电气高技术公司”(原名“中国科学院电工新技术开发公司”)，从事科研产品的开发、生产、技术贸易和技术服务等工作，并已开发出体外冲击波碎石机，电子束焊接机，电火花震源等多种产品，占领了市场，取得了效益。1990年进行了初步的机构调整，原特种电机与微电机研究室合并为统一的电机研究室，在原电加工研究室、机电控制系统实验室与伺服电机组基础上组建了电加工和数控技术工程研究发展中心，并组织开展了电工装备cad，电力电子，磁悬浮技术与磁流体推进技术方面的研究发展工作。
为了不断凝练科技目标，我所从2000年起成立了战略研究小组开展持续的发展战略研究。在当年的战略研讨会上，确定电工所的方向仍然是电工电能新技术的创新、研究和发展；主要任务是促进电工电能及相关产业的重大战略性技术进步和产业的发展；明确了所的主要研究领域为先进能源电力技术、现代电气驱动技术、应用超导技术、生物医学工程和微纳电加工技术。
2002年4月，我所进入院“知识创新工程”二期试点，从此进入了一个新的历史发展时期。在知识创新工程的引导下，我所结合国家中长期科技发展规划纲要与院中长期科技发展规划，面向国家战略需求，面向世界科学技术前沿，勇于开拓，扎实工作，各方面的工作都取得了令人瞩目的成绩，研究所的综合实力得到显著增强，在中国科学院的地位有了明显的提升。
2015年1月，我所进入院特色所首批试点单位，并于2018年顺利通过特色所验收，开启了创新发展新篇章。根据院“率先行动计划”的总体战略布局与发展要求，研究所定位于电能生产、输配和高效利用各环节的战略高新技术和电气科学前沿交叉研究，聚焦于可再生能源发电与利用、高效电能转换与节能、能源与电工材料及应用三个特色方向，坚持“三个面向”的有机统一，在促进我国能源体系转型与电气工程科技领域发展中发挥重要作用。