Інститут професійної освіти НАПН України є правонаступником Інституту професійно-технічної освіти Національної академії педагогічних наук України, створеного постановою Президії НАПН України від 20 квітня 2006 р. № 1-7/5-135 відповідно до розпорядження Кабінету Міністрів України від 27 березня 2006 р. № 160-р. Перейменування інституту відбулося 31 січня 2022 р. на підставі рішення Президії НАПН України.
У 2006-2008 рр. інститут очолював докт. пед. наук, проф., член-кор. НАПН України В.К. Сидоренко.
З 2008 р. директором інституту є Валентина Олександрівна Радкевич, доктор педагогічних наук, професор, дійсний член (академік) НАПН України.
Упродовж 16 років структура інституту оновлювалася. У 2006-2007 рр. діяло вісім наукових підрозділів: лабораторія економіки і прогнозування розвитку професійно-технічної освіти (завідувач – канд. пед. наук В.В. Паржницький); лабораторія інноваційно-інформаційних систем і технологій та дистанційного навчання (завідувач – докт. пед. наук, проф. Н.Т. Тверезовська); лабораторія загальнотехнічної підготовки (завідувач – докт. пед. наук, проф. Є.В. Кулик); лабораторія промисловості і будівництва (завідувач – канд. пед. наук, доц. Л.Л. Сушенцева); лабораторія аграрного виробництва (завідувач – М.Г. Шевцов); лабораторія транспорту, зв’язку і поліграфії (завідувач – канд. пед. наук, доц. В.В. Васенко); лабораторія легкої промисловості і народних промислів (завідувач – канд. пед. наук В.С. Локшин); лабораторія сфери послуг і туризму (завідувач – докт. пед. наук, проф. В.Т. Лозовецька).
Згідно з постановою Президії АПН України від 18 березня 2008 р. № 1-7-103 структуру інституту змінено, зокрема створено такі лабораторії: змісту професійної освіти і навчання (завідувач – канд. пед. наук Н.О. Ковтуненко); методик професійної освіти і навчання (завідувач – канд. пед. наук, доц. Л.В. Нестерова); управління професійно-технічною освітою (завідувач – канд. пед. наук, доц. Л.Л. Сушенцева); професійного навчання на виробництві (завідувач – канд. пед. наук, старш. наук. спів. Д.О. Закатнов); професійної орієнтації і виховання (завідувач – докт. пед. наук, проф. В.Т. Лозовецька); Всеукраїнський інформаційно-аналітичний центр ПТО (завідувач – І.М. Савченко). 1 лютого 2011 р. створено лабораторію підручникотворення для системи професійно-технічної освіти (завідувач – канд. військ. наук, доц. В.Л. Шевченко).
У січні 2015 р. відбулася реорганізація інституту, в результаті якої було створено п’ять нових лабораторій: зарубіжних систем професійної освіти і навчання (завідувачі: докт. пед. наук, член-кор. НАПН України О.В. Бородієнко, канд. пед. наук С.Г. Кравець); технологій професійного навчання (завідувачі: докт. пед. наук, проф. Г.М. Романова; докт. пед. наук, доц. Н.В. Кулалаєва; докт. пед. наук, старш. наук. спів. Т.М. Герлянд); дистанційного професійного навчання (завідувачі: канд. пед. наук О.В. Базелюк; докт. пед. наук, доц. В.А. Кручек); професійної кар’єри (завідувачі: канд. пед. наук, старш. наук. спів. Д.О. Закатнов; канд. екон. наук, доц. Г.В. Сохацька); електронних навчальних ресурсів (завідувачі: канд. пед. наук О.Д. Гуменний; докт. пед. наук, проф. М.А. Пригодій; канд. пед. наук Л.В. Липська).
У 2017 р. відкрито ще одну лабораторію – науково-методичного супроводу підготовки фахівців у коледжах і технікумах (завідувачі: докт. пед. наук, проф. А.А. Каленський; канд. пед. наук О.В. Лапа), а у 2019 р. – науково-організаційний відділ (завідувач канд. пед. наук А.Г. Кононенко). Окрім того, в інституті функціонують три наукові центри (енергоефективності, здорового способу життя та профілактики ВІЛ/СНІДу, сучасних професій і технологій навчання).
Станом на 1 січня 2023 р. в інституті працює 44 наукові співробітники, двоє з яких – дійсні члени (академіки) НАПН України (В.О. Радкевич, А.М. Гуржій), 14 – докторів наук, 22 – кандидати наук, двоє – заслужених працівників освіти України (А.М. Гуржій, В.О. Радкевич).
3 1 січні 2025 р. змінено структуру Інституту професійної освіти НАПН України – створені відділи замість лабораторій. Реструктуризація спрямована на оптимізацію управління кадрами, підвищення ефективності наукових досліджень, адаптацію до сучасних викликів, гармонізацію зі світовими стандартами та покращення координації між напрямами досліджень, що відповідає потребам цифрової трансформації, євроінтеграції та сучасного ринку праці. Створено шість відділів: зарубіжних систем професійної освіти (завідувач: канд. пед. наук, старший дослідник С.Г. Кравець); фахової передвищої освіти (завідувач: докт. пед. наук, проф. О.А. Тітова); змісту і технологій професійної освіти (завідувач: докт. пед. наук, старш. наук. спів. Т.М. Герлянд); професійно-практичної підготовки (завідувач: докт. пед. наук, доц. В.А. Кручек); виховання і професійної кар’єри (завідувач: канд. пед. наук, старш. наук. спів. Д.О. Закатнов); цифрових освітніх ресурсів (завідувач: доктор філософії в галузі освіти В.Ю. Белан).
Попри труднощі, пов’язані з об’єктивними структурними і кадровими змінами в системі освіти України, заклад вистояв, зберіг свої традиції і науковий потенціал та став нарощувати найважливішу складову економічної і соціальної безпеки держави – її людський капітал. Інститут зберіг науковий потенціал, не порушивши логіки функціонування і забезпечивши ефективність діяльності усіх структурних підрозділів.