Viện được đặt dưới sự bảo trợ của giáo hoàng. Trụ sở của Viện hàn lâm Giáo hoàng về Khoa học nằm ở Casina Pio IV (biệt thự Giáo hoàng Piô IV) ngay giữa Vatican Gardens (Khu vườn hoa Vatican).

Mục đích của Viện là thúc đẩy sự tiến bộ của các ngành khoa học tự nhiên, Toán học và Vật lý học cùng nghiên cứu những vấn đề liên quan tới nhận thức luận. Viện có những viện sĩ rất nổi tiếng trong khoa học thế kỷ 20, trong đó có những người từng đoạt giải Nobel chẳng hạn như Ernest Rutherford, Max Planck, Niels Bohr, Otto Hahn và Charles Hard Townes.

Viện có nguồn gốc từ "Accademia Pontificia dei Nuovi Lincei" (Viện hàn lâm Linh miêu mới của giáo hoàng), thành lập năm 1847 với mục đích như một cơ quan giám sát chặt chẽ kế thừa Accademia dei Lincei (Viện hàn lâm Linh miêu) được thiết lập ở Romanăm 1603, bởi Federico Cesi (1585–1630), hoàng thân La Mã thông thái, một nhà thực vật học và nhà khoa học tự nhiên trẻ.

Sau khi người sáng lập qua đời thì Viện bị giải thể. Tới năm 1847 thì giáo hoàng Piô IX tái lập Viện này, và đặt tên là "Accademia Pontificia dei Nuovi Lincei (Viện hàn lâm Linh miêu mới của giáo hoàng). Năm 1936 giáo hoàng Piô XI tái lập viện và đặt tên lại như hiện nay. Năm 1976 giáo hoàng Phaolô VI và năm 1986 Giáo hoàng Gioan Phaolô II đều đã cập nhật hóa quy chế của viện.

Từ năm 1936, Viện hàn lâm Giáo hoàng về Khoa học đảm nhiệm việc nghiên cứu các đề tài khoa học cụ thể thuộc các ngành cá biệt và thúc đẩy việc hợp tác liên ngành. Số lượng viện sĩ của Viện đã tăng dần lên và tăng tính chất quốc tế của viện. Viện hàn lâm này là vịện độc lập của Tòa Thánh, có toàn quyền tự do trong nghiên cứu. Quy chế năm 1976 quy định.

Do Viện và các viện sĩ không chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố quốc gia, chính trị hoặc tôn giáo, nên Viện nghiên cứu tìm tòi đưa ra nguồn thông tin khoa học khách quan có giá trị cho Tòa Thánh và cho cộng đồng khoa học quốc tế.