В средние века на территории современного Казахстана работали такие учёные, как Аль-Фараби, Ю. Баласагуни, А.Яссави, М. Хайдар Дулати, К. Жалаири.

В конце XVII — начале XVIII века учёные России и ряда стран Европы начали исследовать территории Казахстана, изучать историю, культуру, быт и обычаи его населения. Одним из первых был русский картограф С. У. Ремезов. После присоединения Казахстана к России научные исследования проводились более широко и интенсивно. Российская академия наук организовала в 1733 году экспедицию для изучения географии, геологии и этнографии Казахстана. С 1733 по 1771 в Казахстане побывали многие учёные академии: С. П. Крашенинников, И. Г. Гмелин, И. И. Лепехин, П. С. Паллас, И. П. Фальк, П. И. Рычков и др.

В XIX веке вклад в науку Казахстана сделали российские и казахские учёные-востоковеды: П. П. Семёнов-Тянь-Шаньский, Н. П. Рычков, П. М. Мелиоранский, В. В. Радлов, В. В. Бартольд, А. А. Диваев, Ш. Ч. Уалиханов, А. Кунанбаев, Ы. Алтынсарин и другие.

Первый фундаментальный труд по истории казахов «Описание Кыргыз-Казахских, или Киргиз-Кайсацких, орд и степей» (1832) создал А. И. Левшин, которого Валиханов назвал Геродотом казахского народа, а его монографию оценил как бесценное научное достояние.

В начале XX века большинство казахских детей имели возможность учиться только в аульных медресе. Накануне 1916 года на территории Казахстана было всего несколько русских и русско-казахских школ, в них обучалось 19370 казахских детей.

С начала XX века открываются научные организации, такие как Краевая станция по охране растений (1924), научно-исследовательского институт удобрений и агрономического почвоведения (1926). Начали работать отделения Главного геологического комитета города Алма-Ата и Института цветных металлов. В 1927 образована казахстанская экспедиция АН СССР по комплексному исследованию природных ресурсов республики во главе с академиком А. Е. Ферсманом.

К 1932 году в республике насчитывалось свыше 10 научно-исследовательских институтов и опытных станций, сотни опорных пунктов, лабораторий и метеорологических станций, несколько геологоразведочных организаций.

8 марта 1932 года образована Казахстанская база АН СССР. Здесь работали секторы зоологии и ботаники.

В 1940 организовано Казахское отделение Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук (ВАСХНИЛ)

В годы Великой Отечественной войны в республику были эвакуированы многие научные учреждения и высшие учебные заведения страны.

В 1942 образованы Институт астрономии и физики, Химико-металлургический институт, в 1943 — Институты почвоведения, ботаники, зоологии и тропических болезней. В 1942—1945 годахсозданы Институты химии, металлургии и горного обогащения, огнеупорных и строительных материалов, зоологии.

В 1945 начали работать Институты истории, археологии и этнографии, горного дела, почвоведения, сектор математики и механики.

В 1946 на базе Казахского филиала Академии наук СССР основана Академия Наук Казахской ССР.