根据中央建设创新型国家的总体战略目标和国家中长期科技发展规划纲要，结合中国科学院科技布局调整的要求，围绕深圳市实施创新型城市战略，2006年2月，中国科学院、深圳市人民政府及香港中文大学友好协商，在深圳市共同建立中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”），实行理事会管理，探索体制机制创新。
经过十五年发展，深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究所（中国科学院香港中文大学深圳先进集成技术研究所、生物医学与健康工程研究所、先进计算与数字工程研究所、生物医药与技术研究所、广州中国科学院先进技术研究所、脑认知与脑疾病研究所、合成生物学研究所、先进材料科学与工程研究所、碳中和技术研究所（筹）），国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地（深圳龙华、平湖及上海嘉定）、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构（深圳创新设计研究院、深圳北斗应用技术研究院、中科创客学院、济宁中科先进技术研究院、天津中科先进技术研究院、珠海中科先进技术研究院、苏州先进技术研究院、杭州先进技术研究院、武汉中科先进技术研究院、山东中科先进技术研究院）等组成。2018年，深圳先进院获批牵头建设深圳市两大重大科技基础设施：脑解析与脑模拟、合成生物研究，并于2019年在光明科学城破土动工；牵头建设的深圳先进电子材料国际创新研究院、深圳市合成生物学创新研究院、深港脑科学创新研究院三大基础研究机构均已在2019年正式揭牌成立。
2018年11月16日，深圳市人民政府与中国科学院在深签署《合作共建中国科学院深圳理工大学协议书》，依托深圳先进院及中科院在粤科研力量建设中国科学院深圳理工大学（暂定名，简称中科院深理工）。2019年10月，广东省教育厅同意将其纳入省高校设置“十三五”规划，中科院深理工正式进入筹建阶段。2020年11月20日，中科院深理工建设启动会顺利召开；光明滨海明珠校区作为大学过渡校区于2021年初投入使用。深圳先进院将抓住粤港澳大湾区和中国特色社会主义先行示范区“双区驱动”的建设机遇，在改革热土上孜孜探索体制机制创新，面向国际科学前沿，前瞻布局战略性新兴产业，多方位促进科教融合和创新发展。