李政道研究所是在著名物理学家李政道的呼吁下开始筹建的。2014年12月，李政道给中央领导写信，建议参照对世界科学发展有巨大影响的玻尔研究所在中国建立一个世界顶级研究所，吸引一群世界上最顶尖的科学家，形成自由探索的学术氛围，历练一批属于我国自己的顶级科学家，推动物理学及其交叉学科研究的重大发展。这个建议得到了党和国家领导人的高度重视。
李政道研究所成立后，将针对物理学中一些重要的热点问题，每年都分别举办一系列持续时间长达1到两个月的科学研讨会，同时配以为时3～6天的国际会议，从而在国际交流与合作的基础上，实现引领科学研究方向与潮流的作用；研究所将引进一批世界顶级的物理学家作为“标杆”和“旗帜”，以他们为核心，在一些重要的科研方向上建立研究组，来研究最重要的物理问题。
李政道研究所考虑建设的研究方向包括宇宙学、粒子物理，以及对人类生活影响最大的量子物理及应用。同时，李政道研究所还将成为一个有特色的科学普及教育基地，为社会服务，通过各种方式来积极开展针对物理学最前沿的发展以及人们最关心的热门科学问题的科普宣传和教育活动。
2018年4月7日，在
上海交通大学建校122周年纪念大会上，李政道研究所名誉所长授予仪式举行，聘任李政道先生担任李政道研究所名誉所长。
李政道研究所在2016年底挂牌成立，学校同步成立李政道研究所建设指挥部加快整体建设工作。2017年李政道研究所迎来了首任所长——2004年
诺贝尔物理学奖获得者、
麻省理工学院Frank Wilczek教授。李政道研究所在2018年底已汇聚资深学者6人、兼职研究员14人、青年学者3人、博士后研究员10人。过去的两年半时间内，李政道研究所在人才队伍、科学研究以及基本建设等各方面起步发展，通过一步一个脚印的探索奋斗，到近期被列入2019年上海市重大建设项目清单，标志着李政道研究所建设工作的全面发力，向“建立在物理学、天文学及其交叉学科领域中世界顶级的学术机构”的目标不断迈进。