金属材料强度国家重点实验室的前身是1963年高教部和国家科委批准成立的金属材料及强度研究室和1985年国家教委批准成立的金属材料强度部门开放实验室。1990年，利用世行贷款建设，1995年建成正式对外开放。实验室着重研究材料力学行为基本规律、特异现象和材料服役效能，主要研究方向包括：(1)材料形变与相变行为的多尺度效应; (2)表层与界面材料及性能表征; (3)高性能材料的物理化学原理及其多功能设计优化; (4)严酷工况下材料服役性能。
实验室成立以来，在“发挥材料强度潜力”、“低碳马氏体理论及应用研究”和“材料强塑韧合理配合”等方面的基础理论研究成果曾成功地应用于多种材料体系和行业，获得国家自然科学二等奖1项、国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、2010中国高校十大科技进展1项等多项奖励，累计经济效益逾10亿元。2005年以来，承担973（其中首席科学家主持2项）、863（含主持重点项目1项）、国家攻关、国家自然科学基金、国防军工、企业合作等各类科研项目600余项。以第一完成单位获得国家自然科学二等奖1项、技术发明二等奖3项、科技进步二等奖1项，省部级科技奖励20余项，授权发明专利100余件。在包括Nature、Science、PRL在内的国际知名学术期刊上发表论文1000余篇。
实验室现有固定人员58人，其中教授26人, 副教授25人。研究人员中，有双聘工程院院士1人，国家“千人计划”入选者5人，“长江学者”特聘/讲座教授和国家杰出青年基金获得者6人。目前实验室主任为孙军教授，学术委员会主任为周廉院士。
近年来实验室在材料介观力学行为表征及其多尺度效应方面开展了卓有成效的工作，受到国内外学术界的广泛关注。孙军教授团队发现了密排六方钛铝单晶中变形孪晶的强烈晶体尺寸效应，该工作发表在2010年1月21日出版的英国《自然》杂志上。国际权威学者在《自然-材料》上为此发表专题评述，认为该结果颠覆了长期以来人们的直觉。《自然—亚太版》也在其“研究焦点”专栏专门推介该文。他们利用金属钨单晶纳米线孪晶界极低的移动阻力和表面能的差异，提出了一种利用表面能进行高效存储和释放机械能的新概念和新装置—“纳米弹簧”，该工作于2010年4月发表在美国《纳米快报》上，《自然—亚太版》在其“特色焦点”专栏专门推介该文。以上述工作为代表的研究成果被评选为2010年度“中国高等学校十大科技进展”，对微纳器件的设计和制造等方面具有重要的指导意义，并为发展微纳尺度材料形变理论提供了重要的实验和理论依据。