Det hele startet i 1934 da Norges Brandkasse bevilget NTH 30.000 kr for å opprette og drive et brannteknisk laboratorium. Bevilgningen var imidlertid ikke stor nok til å realisere et slikt anlegg, men da Norske Brandtarifforening bestemte seg for å gi en tilsvarende sum, var planleggingen i gang. Det var driftsingeniør (senere dr. techn., professor og direktør) Adolf Fredrik Roscher Lund ved Materialprøvningsanstalten på NTH som tok seg av planleggingen av det tekniske opplegget, og et enstemmig professorråd var raskt ute og skaffet tomt i nærheten av Gamle Kjemi.
Våren 1937 stod bygningen klar. Den hadde en grunnflate på 157 m², og hadde kostet 51.000 kr. Laboratoriet hadde en vertikal prøveovn med en eksponeringsflate på 1x2 m, og en litt større horisontal ovn. NTH hadde fått sitt branntekniske laboratorium, det første instituttet ved høgskolen som var finansiert utenom statsbudsjettet.
Laboratoriets formål var:
å arbeide for å fremme sikkerheten mot brand ved egne undersøkelser over materialers og konstruksjoners motstandsevne under sådanne forhold som opstår ved brand, ved prøvning av slukningsapparater, koke-, lys- og varmeapparater, ved å holde sig ajour med og søke nyttiggjort de undersøkelser av samme art som utføres i andre land, og ved samarbeid med høiskolens lærere.
Den første tiden hadde laboratoiet ikke egne ansatte, men ble drevet av professorene Roscher Lund og Asbjørn Markestad sammen med ansatte ved Materialprøvningsanstalten. I 1953 ble det skaffet 100.000 kr fra Statens Brannvernfond og brannforsikringsselskapene til drift av laboratoriet, og med denne driftskapitalen på plass ble Hans Anton Bakke ansatt som laboratorieingeniør sammen med to laboranter.
Oppgavene til laboratoriet var stadig økende, og plassmangelen ble stadig mer hemmende. Derfor ble det utover i 50-årene arbeidet med å finne tomt til et nybygg. Byggevedtaket ble fattet i 1958, og arbeidet startet i august året etter, 25 år etter etableringen av laboratoriet. Prosjektet ble finansiert av midler gitt fra de samme som tidligere hadde donert midler til laboratoriet. I 1960 stod anlegget klart, med et areal på 735 m²,og med nye prøvingsovner. Det nye laboratoriet bestod av kontorbygg og hall og var det største av sitt slag i Norden og fullt på høyde med de fleste brannlaboratoriene i Europa. Laboratoriet ble nå likestilt med andre NTH-institutter og fikk midler til lønninger og drift over NTH sitt ordinære budsjett.
Det nye laboratoriet ble snart i minste laget, og det ble skaffet tomt til en ytterligere utvidelse. Forsikringsselskapene skaffet 300.000 kr til prosjektet, men resten måtte finasieres over statsbudsjettet, og derfor stod ikke tilbygget ferdig før høsten 1970. Da hadde Brannlaboratoriet fått nye 750 m² golvareal.
I 1976 ble Materialprøvningsanstalten ved NTH nedlagt, og året etter ble NBL egen avdeling i SINTEF-stiftelsen.
I 1984, 50 år etter etableringen, hadde NBL en stab på 23 personer, med siv.ing. Kjell Schmidt Pedersen som direktør. Oljevirksomheten krevde forskning og testing i en skala som laboratoriet ikke var egnet til, og det ble satt i gang arbeid med å prosjektere et nytt laboratorium ved Tiller bru, omtrent 1 mil fra Gløshaugen. Da hadde det nye laboratoriet allerede ligget på tegnebrettet et par år.
Det nye laboratoriet ble finansiert av forsikringselskaper og oljeselskaper, og i tillegg bevilget staten totalt 20 mill. kr. Utbyggingen ble delt i 3 byggetrinn.
Store forsøkshall ble bygd først. Nybygget hadde et totalt areal på 740 m² der forsøkshallens grunnflate utgjør 590 m². Nybygget ble offisielt åpnet i mai 1987.
I 1988 startet arbeidet med andre byggetrinn som bestod av kontorer, lager, verksteder og hall for prøving av skorsteiner og ildsteder (170 m²), og 12 juni 1990 ble denne delen offisielt innviet.
8 des. 1992 vedtok styret i SINTEF å utvide laboratoriene på Tiller. Arbeidet med det siste byggetrinnet startet våren 1993, og i februar året etter kunne de siste flytte fra Gløshaugen og inn i nye kontorer på Tiller. De nye lokalitetene bestod av kontorareal ( 350 m²), laboratorium for materialprøving (175 m²), ovnshall (650 m²) med nye prøvingsovner og et klimarom, i tillegg til forlengelse av transportgangen.
Da byggetrinn III stod ferdig i 1994 hadde det nye laboratoriet et areal på totalt 3749 m², og kostnadene var på 55.5 mill kr totalt.
I 1995 fikk SINTEF en ny organisasjonsstruktur. Stiftelsen ble delt inn i 9 forskningsinstitutter, og NBL ble avdeling i SINTEF Energi.
1. januar 1998 ble de fleste avdelingene i SINTEF Energi overført til datterselskapet SINTEF Energiforskning AS. NBL ble imidlertid igjen i SINTEF-stiftelsen og ble i stedet avdeling i SINTEF Bygg og miljøteknikk.
Fra og med 1. januar 2001 ble også dette instituttet omorganisert. Denne omorganiseringen førte til at NBL gikk ut av SINTEF-stiftelsen og ble eget aksjeselskap, heleid av SINTEF. Navnet på det nye selskapet ble Norges branntekniske laboratorium as, og fra 1. januar 2005 ble navnet gjort om til SINTEF NBL as.
