Początki instytutu sięgają 1929 roku, kiedy to powołano do życia Instytut Radiotechniczny, który skupiał się na pracach z zakresu radioelektroniki. W kwietniu 1934 roku Instytut Radiotechniczny został połączony z Laboratorium Teletechnicznym Ministerstwa Poczt i Telegrafów, tworząc Państwowy Instytut Telekomunikacyjny. Mieścił się on w budynkach przy ul. Ratuszowej, zwolnionych przez Państwową Wytwórnię Łączności (PWŁ). Budynek ten znajduje się w gestii ITR do dzisiaj.
Państwowy Instytut Telekomunikacyjny podzielony był na wydziały: Radiotechniki, Teletechniki i Techniki Pocztowej. Były w nim prowadzone badania dotyczące radiotechniki, stanowiące kontynuację prac, prowadzonych w Instytucie Radiotechnicznym. W kolejnych latach Instytut rozszerzał się, prowadząc badania w coraz szerszym zakresie. W 1935 roku zorganizowany został dział telewizji, który był pierwszą taką polską placówką i jedną z pierwszych w świecie. Na podstawie prowadzonych tam prac w 1937 roku uruchomiono pierwszą polską stację telewizyjną (mechaniczną w standardzie 120 linii) w gmachu Prudentialu przy pl. Napoleona, na którego dachu stanęła antena nadawcza. Do wybuchu II wojny światowej trwały też prace nad telewizją elektroniczną 343-liniową, która miała być uruchomiona w 1940 roku. Przed wybuchem wojny w Instytucie zatrudnionych było 350 osób.
W czasie niemieckiej okupacji, na terenie Państwowego Instytutu Telekomunikacyjnego działał zakład Werkstatt für Fernmeldetechnik.
Po wojnie, w 1945 roku wznowiono działalność Instytutu pod kierownictwem prof. Janusza Groszkowskiego. Dynamiczny rozwój Instytutu zaowocował utworzeniem w 1950 roku oddziału w Gdańsku, zajmującego się problematyką radionawigacyjną, oraz we Wrocławiu, zajmującego się problemami miernictwa i technologii materiałów mikrofalowych. W 1951 roku Państwowy Instytut Telekomunikacyjny podzielony został na Przemysłowy Instytut Telekomunikacji oraz Instytut Łączności.
Podczas kolejnej reorganizacji ośrodków naukowo-badawczych w maju 1956 roku z części PIT i Centralnego Biura Konstrukcyjnego Telekomunikacji utworzono Instytut Tele- i Radiotechniczny (ITR). W dniu 1 września 2007 roku nastąpiło skonsolidowanie Instytutu Tele- i Radiotechnicznego i Przemysłowego Instytutu Elektroniki. Ten ostatni miał swoją siedzibę od 1956 roku przy ul. Długiej 44/50. Od tego momentu Instytut posiada więc dwie lokalizacje.
W 2010 roku Instytut Tele- i Radiotechniczny rozpoczął realizację szeregu filmów dokumentujących osiągnięcia własnych naukowców. Można je znaleźć m.in. w serwisie YouTube. Uruchomiono również stronę Instytutu na Facebooku, która służy m.in. do informowania o aktualnościach, a także konferencjach, nagrodach, ofertach pracy czy stażu.