Hợp tác quốc tế là một nhân tố quan trọng để xây dựng tiềm lực KH-CN của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Vì vậy kể từ khi thành lập cho đến nay, công tác hợp tác quốc tế luôn luôn được các thế hệ các vị lãnh đạo cấp Viện, cấp viện nghiên cứu và các nhà khoa học coi trọng. Quá trình hợp tác quốc tế của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam có thể được chia thành ba giai đoạn như sau:

1. Thời kỳ 1975 - 1990: Đây là thời kỳ hợp tác chặt chẽ và rất có hiệu quả của Viện khoa học Việt Nam ( VKHVN ), tiền thân của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam hiện nay với Viện hàn lâm khoa học Liên Xô (VHLKH) và các VHLKH các nước Đông Âu. VKHVN và các VHLKH các nước bạn đã ký kết đều đặn các Hiệp định về hợp tác 5 năm, bao trùm hết các lĩnh vực của khoa học tự nhiên. Nhờ có các Hiệp định hợp tác đó VKHVN đã có thể cử được rất nhiều cán bộ khoa học giỏi đi học tập, nghiên cứu tại các trường đại học và các viện nghiên cứu của các nước bạn. Đồng thời, VKHVN cũng tiếp nhận nhiều nhà khoa học giởi của các nước bạn sang Việt Nam để thực hiện các chương trình phối hợp nghiên cứu, trao đổi khoa học, tư vấn... Các nước bạn cũng đã giúp đỡ trang bị cho VKHVN nhiều thiết bị nghiên cứu quý giá.

Kết quả nổi bật của thời kỳ hợp tác này là đào tạo cán bộ. VHLKH Liên Xô và các nước Đông Âu năm đã tiếp nhận hàng trăm cán bộ nghiên cứu của VKHVN sang trao đổi khoa học, thực tập sinh, nghiên cứu sinh, cộng tác viên khoa học, dự hội nghị, hội thảo. Thông qua việc hợp tác đó, VKHVN đã xây dựng cho mình một đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ cao, đủ năng lực để đảm nhận các công tác nghiên cứu và quản lý khoa học trong giai đoạn mới hiện nay.

Năm 1983 đánh dấu một sự kiện quan trọng của hợp tác khoa học với Phương Tây. VKHVN và Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS) đã ký tại Paris Hiệp định hợp tác KH-KT. Hiệp định được ký kết đã mở ra một giai đoạn mới, tạo ra khả năng to lớn trong việc hợp tác với Cộng hoà Pháp. Hiện nay CNRS của Pháp đã chiếm vị trí hàng đầu trong các tổng thể các quan hệ hợp tác của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Bên cạnh đó cũng cần phải ghi nhận sự giúp đỡ của các tổ chức quốc tế đối với VKHVN. Các tổ chức thuộc Chương trình phát triển của Liên Hiệp Quốc (UNDP) như Tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hiệp Quốc (UNIDO), Tổ chức nông nghiệp và lương thực của Liên Hiệp Quốc (FAO) và Tổ chức Văn hoá, khoa học, giáo dục (UNESCO) thông qua các chương trình viện trợ cho Việt Nam đã giúp đỡ trang bị các thiết bị nghiên cứu có giá trị và đào tạo cán bộ cho một số viện nghiên cứu thuộc VKHVN như Viện Vật lý, Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện Địa lý, Viện Hoá học các hợp chấdt thiên nhiên, Viện Công nghệ thông tin, Công ty tinh dầu.