과학교육연구소는 1973년 본부 소속 연구기관으로 설립되어 운영되었다. 1997년부터는 서울대 교육종합연구원 소속 연구기관으로 운영되고 있으며, 주요 참여 학과는 대학원 과학교육과 및 학부의 물리교육과, 화학교육과, 생물교육과, 지구과학교육과이다. 현재 과학교육연구소에는 사범대 과학교육 계열 교수 21명이 소속되어 있으며, 과학교육학의 일반 연구 분야를 비롯한 각 과학 분야의 교육 관련 연구 및 실천을 위한 다양한 활동을 수행하고 있다.

과학교육연구소는 과학교육의 전반적인 발전을 기획하고 추진하는 ‘기획부’, 학술 및 연구를 담당하는 ‘학술연구부’, 글로벌 네트워크 구축 및 교류를 담당하는 ‘글로벌 협력부’로 조직되어 있으며, 정기 심포지움 개최, 대학원생 논문발표회, 서울시 교육청의 우수교사 위탁연수 등 과학교육 연구를 위한 학술 활동 및 교육현장의 발전을 위한 다양한 활동을 수행하고 있다.