Giải thưởng Tạ Quang Bửu được Bộ KH&CN tổ chức lần đầu tiên vào ngày 18/5/2014 nhằm khích lệ, tôn vinh các nhà khoa học có thành tựu nổi bật trong nghiên cứu khoa học cơ bản thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên và kỹ thuật, góp phần thúc đẩy KH&CN Việt Nam hội nhập và phát triển. Đến nay, Giải thưởng Tạ Quang Bửu đã trở thành một trong những Giải thưởng khoa học uy tín tại Việt Nam, được cộng đồng khoa học đánh giá cao. Sau 10 năm tổ chức, Giải thưởng Tạ Quang Bửu đã trao 18 giải chính và 4 giải cho nhà khoa học trẻ.
Năm 2024, Bộ KH&CN triển khai tiếp nhận hồ sơ đăng ký Giải thưởng Tạ Quang Bửu từ tháng 11/2023 đến tháng 01/2024. Tổng số hồ sơ tiếp nhận là 97 hồ sơ, trong đó có 76 hồ sơ trong lĩnh vực khoa học tự nhiên và kỹ thuật, 21 hồ sơ trong lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn; 71 hồ sơ đề cử Giải thưởng chính và 26 hồ sơ đề cử Giải thưởng trẻ.
Ngày 15/8/2023, Bộ trưởng Bộ KH&CN đã ban hành Thông tư số 18/2023/TT-BKHCN sửa đổi, bổ sung một số điều của Quy chế Giải thưởng Tạ Quang Bửu. Đây là kết quả của quá trình tiếp nhận những ý kiến đóng góp tâm huyết từ các nhà khoa học, nhà quản lý trong các Hội đồng khoa học nghiên cứu cơ bản của Quỹ NAFOSTED, Hội đồng Giải thưởng và các tổ chức KH&CN, đáp ứng mong muốn của cộng đồng khoa học nói chung và cộng đồng khoa học nghiên cứu cơ bản nói riêng.
Một trong những điểm mới của Thông tư số 18/2023/TT-BKHCN là Giải thưởng Tạ Quang Bửu mở rộng việc xem xét, trao giải thưởng cho các nhà khoa học trong lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn; Tiếp nhận hồ sơ theo hình thức đề cử thay vì ứng cử như trước; Xem xét, lựa chọn nhà khoa học để trao Giải thưởng thông qua việc đánh giá kết quả nghiên cứu cơ bản trong tối đa 03 bài báo khoa học quốc tế được công bố trong thời gian 07 năm.