שורשיו של המכון יונקים ממכון המחקר על שם דניאל זיו  שהוקם בשנת 1934 בתרומתם של ישראל ורבקה זיו, מלונדון, שביקשו להנציח בדרך זו את זכרו של בנם דניאל.  יוזם הקמתו של מכון זיו,  הרוח החיה בפעילתו המדעית ונשיאו הראשון היה ד"ר חיים ויצמן, כימאי בעל שם עולמי שעמד במשך שנים רבות בראש התנועה הציונית ולימים היה  לנשיאה הראשון של מדינת ישראל.

בנובמבר 1944, בהסכמתה ובברכתה של משפחת זיו, הוחלט כי מכון זיו יעמוד בבסיסו של ארגון מדעי רחב היקף שייקרא על שמו של ד"ר חיים ויצמן. בשניים בנובמבר 1949, לכבוד יום הולדתו ה- 75 של חיים ויצמן,  נחנך מכון ויצמן למדע.

מכון ויצמן למדע הניח אבני דרך ומילא תפקיד מפתח בהתפתחותה של מדינת ישראל. מדעני המכון היו חלוצי חקר הסרטן בישראל. הם תכננו ובנו את המחשב האלקטרוני הראשון בארץ ומהראשונים בעולם, הראשונים שיסדו מחלקה לפיסיקה גרעינית שלידה נבנה מאיץ חלקיקים, והראשונים שהקימו חברה להעברת ידע מהאקדמיה לתעשייה ויזמו הקמה של פארק תעשיות מדע בסמוך למכון. המכון היה חלוץ גם בחקר המוח, ננו-טכנולוגיה ומחקרים בתחום הניצול היעיל של אנרגיית השמש.

מחקריהם של מדעני המכון הובילו לפיתוחה ולייצורה של  התרופה הישראלית האתית הראשונה, לפיתוח שפות מחשב חדשות, לגילוי  המבנה המרחבי התלת-ממדי של מולקולות ביולוגיות שונות ובהן גם מולקולה הממלאת תפקיד מפתח במחלת אלצהיימר, להמצאות בתחום האופטיקה שהובילו לפיתוח מוצרים מתקדמים כגון מצגים עיליים המשמשים טייסים ורופאים,
לפיתוח שיטות להפרדת איזוטופים המיושמות במקומות שונים בעולם, לגילוי ולזיהוי גנים שמעורבים בגרימת מחלות,
לפיתוח שיטות מתקדמות להשתלת רקמות עובריות,
ולפיתוח מחשב ננו-ביולוגי שיוכל אולי, בעתיד, לפעול בתאי הגוף, לזהות מחלות ולבלום אותן מבעוד מועד.