Ústav byl zřízen k 1. 1. 1972 z fyzikální části Ústavu jaderného výzkumu ČSAV, který byl založen v roce 1955 a v roce 1972 byla jeho větší část převedena do působnosti Čs. komise pro atomovou energii. K 1. 7. 1994 byl k ÚJF přičleněn bývalý Ústav dozimetrie záření AV ČR jako jeho detašované pracoviště. Od 1. ledna 2007 se ústav stal veřejnou výzkumnou institucí ve smyslu zákona č. 341/2005 Sb.
Náplní činnosti ústavu je zejména jaderná fyzika v oblasti nízkých a středních energií, a to jak teoretická, tak experimentální. Ústav se zabývá studiem jaderné spektroskopie záření beta a gama, jaderných reakcí včetně srážek těžkých iontů a hyperjaderné fyziky. Jeho činnost je zaměřena též na některé příbuzné obory, jako je studium pevné fáze pomocí rozptylu neutronů, matematická fyzika a teoretická subjaderná fyzika.
Aplikovaný výzkum je reprezentován zejména jadernými analytickými metodami s využitím nabitých částic i neutronů. Dozimetrie ionizujícího záření je rozvíjena se zaměřením na metrologii ionizujícího záření, dozimetrii přírodních polí záření, včetně dozimetrie objektů s lidskou posádkou na oběžných drahách kolem Země, dozimetrii vybraných radionuklidů a studium jejich transportu v životním prostředí, biofyzikální vlivy ionizujícího záření. Jsou studovány některé otázky související s jadernou energetikou budoucnosti a likvidací jaderného odpadu. Je prováděn výzkum a vývoj radiofarmak. Jsou studována a produkována radiofarmaka pro diagnostiku pomocí positronové emisní tomografie (PET) i pro další medicínské použití.
Největšími zařízeními ústavu jsou cyklotron U-120 M, využívaný jak pro jaderné fyzikální experimenty, tak pro produkci radioizotopů, a tandemový elektrostatický urychlovač TANDETRON TN 4130 MC, užívaný zejména pro interdisciplinární a aplikovaný výzkum pomocí jaderných analytických metod. Mezi další významnější zařízení patří elektrostatický spektrometr ESA 12.
