中国科学院软件研究所计算机科学实验室始建于1993年，1994年纳入中国科学院开放实验室，2001年改称“中国科学院计算机科学重点实验室”。2005年通过国家科技部组织的建设计划论证，开始建设国家重点实验室；2007年通过验收，成为“计算机科学国家重点实验室”。
实验室的目标定位是面向国家战略需求，瞄准国际学科前沿，针对国民经济、社会发展及国家安全的重大科技问题，开展计算机科学与软件领域的基础和应用基础研究，取得国际一流的基础理论和技术创新成果，建设国际一流的计算机科学基础与应用基础研究基地和高级人才培养基地，为我国软件产业的可持续发展提供理论、技术和人才支撑。
实验室有多位我国计算机软件科学事业的奠基人和开拓者，目前有中国科学院院士3人，研究员53人，副研究员28人，助理研究员10人。
实验室取得了一批高水平的基础理论和关键技术成果。唐稚松院士的“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”在1989年获得我国信息技术领域第一个国家自然科学奖一等奖；周巢尘院士的“分布式程序设计理论”获得1987年度国家自然科学奖二等奖；林惠民院士的“并发进程的代数理论及验证工具”获得1999年度国家自然科学奖二等奖；董韫美院士主持研制的“支持可理解性和可复用性的软件设计系统URS-1”，孙家昶主持的“高性能分布式并行数值代数软件研究与开发”，冯玉琳主持的“网络分布软件支撑平台及石化应用示范工程”，李明树主持的“软件过程服务技术及集成管理系统”，黄涛主持的“网络软件基础架构平台（网驰ONCE）技术和系统”，以及田丰主持的”笔式人机交互关键技术及应用”等先后获得国家科技进步奖二等奖；冯登国主持研究的信息保障关键技术及系统等成果获得2013年度国家技术发明奖二等奖和2016年度国家科技进步奖一等奖。2016年，杨超领衔研究的“千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”获得美国计算机学会颁发的国际高性能计算领域最高奖—戈登•贝尔奖，实现了我国该奖项零的突破，由此获得2017年度中国科学院杰出科技成就奖。
实验室在国际计算机科学界享有良好的学术声誉，拥有广泛的联系和影响，先后有10多位图灵奖获得者数十次来实验室访问交流，包括 Tony Hoare、Robin Milner、Amir Pnueli、Andrew Yao、Leslie Valiant、Allen Emerson、Joseph Sifakis、Edmund Clarke、John Hopcroft、Juris Hartmanis、Richard Karp、Leslie Lamport等，其中Tony Hoare、Juris
Hartmanis、John Hopcroft、Robin Milner和Edmund Clarke还以本实验室为基地被聘为中国科学院“爱因斯坦讲席教授”。实验室已经成为国际同行了解我国计算机科学基础研究水平并进行交流合作的重要窗口和建立联系的桥梁。
计算机科学基础理论与形式化方法
研究计算机科学的基础理论，包括量子计算等新型计算模型、算法复杂性理论等；研究以并发、实时、混成、移动、概率等为主要特征的复杂计算系统的形式语义与形式化方法。
软件系统原理及开发方法
研究程序设计语言理论以及高可信软件的设计、分析、验证和测试方法；研究量子程序设计理论与方法；突破基础软件核心技术，研制高安全可信的操作系统、中间件和数据库，形成国产自主可控的基础软件平台体系。
并行与分布计算及可信计算
研究高可扩展并行算法与应用软件；研究可信计算与信息保障基础理论、关键技术与系统，包括可信计算体系结构、协议设计与分析、认证授权与网络信任、信息对抗与网络保障、可信系统的测评方法与工具等。
图形图像与人机交互
研究动态复杂可视现象的高效图形表达与绘制的理论和方法、面向实践需求的复杂图像处理方法和技术、复杂环境下人机交互的自然感知基础理论和多通道整合方法、以及上下文感知的智能交互技术。
大数据及智能信息处理
研究人工智能的基础理论、基于大数据的统计学习（如深度学习）与基于领域知识的符号计算（如知识库）相结合的推理模型及高效算法、多源异构大数据的可视化方法、以及自然语言理解和中文信息处理等。