Başbakanlık, 14 Ocak 1982 yılında, “Kamu ve özel sektörün ihtiyaçlarına topluca cevap verecek, birincil seviyede ve ulusal ölçekte” bir metroloji merkezinin kurulmasına karar vermiş ve fizibilite çalışmalarını yürütmek üzere TÜBİTAK’ı görevlendirmiştir. Başbakanlık, TÜBİTAK tarafından hazırlanan fizibilite çalışmasının bütün ilgili kuruluşlar tarafından uygun bulunması üzerine, 1984 yılında Merkez’in kurulması için TÜBİTAK’ı görevlendirmiştir. 1986 yılında “Milli Fizik ve Teknik Ölçme Standartları Merkezi” kurulmuş ve ilk laboratuvarlar aynı yıl faaliyete geçmiştir. 11 Ocak 1992’de TÜBİTAK Bilim Kurulu kararıyla, Milli Fizik ve Teknik Ölçme Standartları Merkezi, Marmara Araştırma Merkezi bünyesinde Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) statüsüne dönüştürülmüş ve faaliyetlerine devam etmiştir. 1 Ocak 1997 tarihinde ise UME, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi’nden ayrılmış ve doğrudan TÜBİTAK Başkanlığı’na bağlı olarak faaliyetlerini yürütmeye başlamıştır. Ülke kalkınma hedeflerine ve ekonomik gelişmelere paralel olarak UME’de metroloji ile ilgili yatırımlara devam edilerek Ulusal Referans Standart Sistemleri geliştirmeye yönelik çalışmalar hızla sürdürülmektedir.
Enstitümüz bugünkü yapısı itibariyle Fizik, Kimya ve Mekanik Grupları altında bulunan 30 laboratuvar ve 230’un üzerinde uzman personel ile faaliyetlerine devam etmektedir. TÜBİTAK UME, yapmakta olduğu yeni yatırımlarla ülkemizde yoğun olarak kullanılan kimyasal, çevre, biyometroloji, EMC, akustik, yüksek gerilim deneyleri ve güneş enerjisi panelleri ile ilgili deneyler vb. alanlarında ölçümlerin izlenebilirliklerini ve uluslararası ölçüm sistemine entegrasyonunu sağlayan uluslararası düzeyde söz sahibi bir kurum haline gelmiştir.