国家科学技术奖每年评审一次，根据最新发布的《关于深化科技奖励制度改革的方案》，规定“国家三大奖”每年授奖总数不超过300项。国家科学技术奖包括国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖，即大家常说的“国家三大奖”。还包括授予外籍科学家或外国组织的中华人民共和国国际科学技术合作奖，和分量最重的国家最高科学技术奖。
国家最高科学技术奖自1999年国务院发布《国家科学技术奖励条例》首次设立，至2020年度，共有33位科学家登上了我国科技界的最高领奖台。这些最高奖的获得者，或在当代科学技术前沿取得重大突破，对我国科学技术发展有卓越建树；或在科学技术创新、科学技术成果转化和高技术产业化中，创造了巨大经济效益或社会效益。
33位历届国家最高科学技术奖得主分别是：
2000年度——吴文俊，中国数学机械化研究的创始人之一；袁隆平，“杂交水稻之父”。
2001年度——黄昆，中国固体物理学、半导体技术奠基人之一；王选，汉字激光照排系统的创始人。
2002年度——金怡濂，中国巨型计算机事业的开拓者之一。
2003年度——刘东生，中国环境学专家、地质学家、“黄土之父”；王永志，中国载人航天工程总设计师。
2005年度——叶笃正，著名气象学家；吴孟超，“中国肝胆外科之父”。
2006年度——李振声，著名遗传学家、小麦育种学家。
2007年度——闵恩泽，石油化工催化剂专家；吴征镒，著名植物学家，植物区系研究的权威学者。
2008年度——王忠诚，我国神经外科的开拓者之一；徐光宪，著名的化学家和教育家、“稀土之父”。
2009年度——谷超豪，享有国际盛誉的数学家；孙家栋，“两弹一星”功勋科学家、著名的航天技术专家。
2010年度——师昌绪，被誉为“高温合金之父”；王振义，内科血液专家、血液研究的领军人物。
2011年度——谢家麟，我国粒子加速器事业的开拓者和奠基人；吴良镛，被誉为“人居环境科学创建者”。
2012年度——郑哲敏，国际著名物理学家、力学家、爆炸力学专家；王小谟，“中国预警机之父”。
2013年度——张存浩，我国高能化学激光、分子反应动力学开拓者和奠基人；程开甲，我国核武器发展的开拓者和奠基人。
2014年度——于敏，我国著名的核物理学家、核武器研究和国防高技术发展的领军人物。
2016年度——赵忠贤，我国高温超导研究的奠基人之一；屠呦呦，在青蒿素发现上做出科学贡献。
2017年度——王泽山，我国著名火炸药学家、发射装药理论体系的奠基人；侯云德，我国分子病毒学、现代医药生物技术产业和现代传染病防控技术体系的主要奠基人。
2018年度——刘永坦，哈尔滨工业大学教授，中国科学院与中国工程院两院院士，雷达与信号处理技术专家，致力于我国海防科技事业40年，成功研制了我国第一部对海探测的新体制雷达，实现了我国对海探测能力的跨越式发展；钱七虎，岩石力学和防护工程专家、中国人民解放军陆军工程大学教授、中国工程院院士。
2019年度——黄旭华中国工程院院士、著名核潜艇专家，1964年研制出我国第一艘核潜艇，被誉为“中国核潜艇之父”；曾庆存中国科学院大气物理研究所院士，国际数值天气预报奠基人之一，是新中国大气科学发展的亲历者，为我国数值天气预报和气象卫星遥感事业做出了开创性的贡献。
2020年度——王大中，核工程与核安全专家，领导了中国自建屏蔽实验反应堆的设计、建造和运行，开创了中国核能供热研究新领域，主持研究、设计、建造、运行成功世界上第一座5兆壳式核供热堆。并领导了利用核供热堆进行热电联供、空调制冷及海水淡化等研究；顾诵芬，飞机设计专家，中国自行设计、制造的高空高速歼击机的主要技术负责人之一，中国科学院院士、中国工程院院士及美国宇航学会会员，被誉为“歼8之父”。
