国家重点实验室（英文：State Key Laboratory ）是依托一级法人单位建设、具有相对独立的人事权和财务权的科研实体。
其作为国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家、开展高层次学术交流的重要基地，实验室实行"开放、流动、联合、竞争"的运行机制。国务院部门（行业）或地方省市科技管理部门是行政主管部门，实验室依托单位主要以中科院各研究所、重点大学为主体。
2003年前后科技部设立了"省部共建国家重点实验室培育基地"计划。2018年6月25日，科技部发布《关于加强国家重点实验室建设发展的若干意见》，到2020年，实验室数量总量保持在700个左右。
国家重点实验室应围绕国家发展战略目标，面向国际竞争，为增强科技储备和原始创新能力，开展基础研究、应用基础研究(含竞争前高技术研究)和基础性工作。或在科学前沿的探索中具有创新思想；或满足国民经济、社会发展及国家安全需求，在重大关键技术创新和系统集成方面成果突出；或积累基本科学数据、资料和信息，并提供共享服务，为国家宏观决策提供科学依据。
1984年，为加快我国社会主义现代化建设，围绕国家发展战略目标，面向国际竞争，增强科技储备和原始创新能力，原国家计委启动了国家重点实验室建设计划，自1984年至1997年为国家重点实验室起步阶段，相继建成155个国家重点实验室。
1992年-1998年，为加强与国家安全息息相关的国防工业的发展，考虑到国防科技科学研究与应用开发的大量资金需求和保密性要求，国防科工委决定启动国防科技重点实验室建设计划，原国防领域的国家重点实验室陆续自动转为国防科技重点实验室，划归国防科工委管辖。国防科工委此后相继审核增设了两批国防科技重点实验室，使得国防科技重点实验室总数达到55个，其中位于高等院校的35个，位于研究所的20个。
2015年11月，国家科技部公布第三批企业国家重点实验室名单，据了解，本次公布的75个国家重点实验室，分布在新能源汽车、农业生物技术、高性能复合材料、核能、智能电网、电子核心基础等多个领域。
2018年6月25日，科技部发布《关于加强国家重点实验室建设发展的若干意见》，到2020年，基本形成定位准确、目标清晰、布局合理、引领发展的国家重点实验室体系，管理体制、运行机制和评价激励制度基本完善，实验室经优化调整和新建，数量稳中有增，总量保持在700个左右。
2020年，国家重点实验室的整体水平、开放力度、科研条件和国际影响力显著提升。经优化调整和新建，国家重点实验室总量保持在700个左右。其中，学科国家重点实验室保持在300个左右，企业国家重点实验室保持在270个左右，省部共建国家重点实验室保持在70个左右。到2025年，国家重点实验室体系全面建成，科研水平和国际影响力大幅跃升。
布局方面，《意见》明确，重点围绕世界科技前沿和国家长远发展，围绕区域创新和行业发展，选择优势单位和团队布局建设，适当向布局较少或尚未布局的地方、行业部门倾斜，加强与国家相关科教计划重点任务布局的衔接，推动实验室聚焦重大科学前沿问题，超前布局可能引发重大变革的基础研究和应用基础研究。
围绕数学、物理、化学、地学、生物、医学等相关领域，在干细胞、合成生物学、园艺生物学、脑科学与类脑等前沿方向布局建设。
为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，进一步加强国家重点实验室建设，提高我国自主创新能力，2007年，中央财政设立了国家重点实验室专项经费，从开放运行、自主选题研究和科研仪器设备更新三方面，加大对国家重点实验室的稳定支持力度。
截至目前，中央财政累计安排专项经费173.3亿元，其中2013年安排292个国家重点实验室27.48亿元，包括开放运行和自主选题研究经费20.72亿元，仪器设备购置和升级改造经费6.76亿元。
同时，中央财政创新支持机制和管理方式，注重绩效考评，实行以五年为周期的定期评估机制，结合评估结果，分类分档安排预算，既保障了国家重点实验室的基本正常运行，又调动了其持续创新和发展的积极性。同时，建立了仪器设备购置与全国科技资源清查结果相衔接的机制，避免重复购置。
经过多年的建设与发展，国家重点实验室已发展成为国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的重要基地，是我国科技创新体系的重要组成部分，在促进重大科研成果的产生和杰出科学家的培育方面，发挥了不可替代的重要作用。
国家重点实验室作为国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的重要基地。国家重点实验室是依托大国家实验室学和科研院所建设的科研实体，实行人财物相对独立的管理机制和"开放、流动、联合、竞争"的运行机制。
国家重点实验室的主要任务是针对学科发展前沿和国民经济、社会发展及国家安全的重要科技领域和方向，开展创新性研究。实验室应在科学前沿探索研究中取得具有国际影响的系统性原创成果；或在解决国家经济社会发展面临的重大科技问题中具有创新思想与方法，实现相关重要基础原理的创新、关键技术突破或集成；或积累基本科学数据，为相关领域科学研究提供支撑，为国家宏观决策提供科学依据。
国家重点实验室科研用房应集中，并拥有先进适用的仪器设备和完善的配套设施，仪器设备统一管理，高效运转和开放共享。
国家重点实验室应成为吸引、凝聚国内外优秀人才的基地。国家重点实验室由固定人员和流动人员组成。固定人员包括若干优秀的学术带头人、高素质研究骨干、高水平技术人员和精干的管理人员；流动人员包括访问学者、博士后研究人员。国家重点实验室主任应是本领域高水平的学术带头人，具有较强的组织管理和协调能力，有足够的时间和精力在实验室工作，在实验室的建设和发展中起主导作用；学术带头人为本领域有影响的学者，学术思想活跃，研究成果显著。
国家重点实验室按研究方向和研究内容设置研究单元，保持人员结构和规模合理，并适当流动。实验室应具有良好的培养优秀中青年的条件与业绩，能够培养具有较好科学素质和科研能力的科研后备人才。
国家重点实验室是本领域国内研究中心，对学科领域的发展具有辐射带动作用。开展高水平和实质性的国内外学术交流与合作，积极参与国际重大科学研究计划。
国家重点实验室应具备较高的管理水平，建立良好的运行机制。科研氛围浓厚，学术风气好。规章制度健全，日常管理科学有序。人员岗位职责明确，研究资料完整，环境整洁。
国家重点实验室发展方向是依托单位的重点发展方向之一。依托单位优先支持实验室的建设和发展，并提供相应的条件保障。
