奈米國家型科技計畫自2003年推動執行經過第一期（2003~2008）的萌芽成長與第二期（2009~2014）的產業化布局，已為二十一世紀臺灣的科技及產業競爭力建立優勢的發展基礎。

為因應奈米國家型科技計畫的退場時程及政府組織改造後科技部的業務推動，並考量整體架構及奈米科技之前瞻性與應用發展，2013年2月由國科會牟中原副主任委員主持之「奈米跨領域應用研究規劃會議」決議於自然處成立「奈米科技前瞻應用主軸計畫」工作小組，負責規劃計畫目標、預期效果及領域主題。翌年，2014年4月由科技部張善政部長主持之「奈米國家型科技計畫指導小組」通過成立本計畫。