國家核安全局成立于1984年，1998年并入原國家環保總局并保留國家核安全局的牌子。2011年福島核事故后，國家對核安全監管機構進行了改革，將國家核與輻射安全監管業務司由一個調整為三個，同時加強了核與輻射安全有關政策、規劃、法規標準、科研等方面的工作職能。

　　國家核安全局由局機關、六個地區監督站和技術支持單位組成。局機關業務部門由三個業務司與一個國際合作處組成。其中核設施安全監管司（核與輻射安全監管一司）主要負責三個業務司的綜合協調；開展政策、規劃、法規標準與科研、應急管理與輻射監測、人員資質、核安全設備管理等工作。核電安全監管司（核與輻射安全監管二司）負責核電廠、研究型反應堆、臨界裝置等核設施的核安全、輻射安全、輻射環境保護的行政許可和監督檢查。輻射源安全監管司（核與輻射安全監管三司）負責核燃料循環設施與核材料運輸安全、放射性廢物管理、輻射源安全、鈾礦冶與電磁輻射的管理。

　　技術支持單位主要包括環境保護部核與輻射安全中心、輻射環境監測技術中心、蘇州核安全中心、核設備安全與可靠性中心、北京核安全審評中心等；六個地區核與輻射安全監督站分別是華東、華南、西南、華北、東北、西北核與輻射安全監督站；環境保護部（國家核安全局）還業務指導31個省級環保部門開展輻射安全監管和輻射環境監測等相關工作，同時設立了核安全與環境專家委員會作為國家核安全局的決策咨詢機構。