国家科学技术奖励每年评审一次，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，即大家习惯说的“国家三大奖”。此外，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，以及分量最重的国家最高科学技术奖。根据《方案》的有关规定，三大奖每年授奖总数不超过300项。
其中，最受瞩目的国家最高科学技术奖，自2000年以来，共有27名专家获此殊荣，他们在科技领域成就极为卓著、贡献极为巨大。
历届国家最高科学技术奖获得者：
2000年度：
吴文俊院士是著名的数学家，他的研究工作涉及到数学的诸多领域。在多年的研究中取得了丰硕成果。其主要成就表现在拓扑学和数学机械化两个领域。他为拓扑学做了奠基性的工作。他的示性类和示嵌类研究被国际数学界称为“吴公式”，“吴示性类”，“吴示嵌类”，至今仍被国际同行广泛引用，影响深远，享誉世界。
袁隆平院士是世界著名的杂交水稻专家，是我国杂交水稻研究领域的开创者和带头人，为我国粮食生产和农业科学的发展做出了杰出贡献。他的主要成就表现在杂交水稻的研究、应用与推广方面。
2001年度：
王选院士是著名的计算机应用专家，主要致力于文字、图形、图象的计算机处理研究。他的成果结束了我国沿用上百年的铅字印刷，推动了我国报业和印刷出版业的发展。他的汉字激光照排技术占领国内报业99％和书刊(黑白)出版业90％的市场，以及80％的海外华文报业市场，创造了巨大的经济和社会效益。
黄昆院士是世界著名的物理学家，他对固体物理学作出了许多开拓性的重大贡献。是我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一。
2002年度：
金怡濂院士是我国高性能计算机领域的著名专家，是我国巨型计算机事业的开拓者之一。半个世纪以来，金怡濂作为技术开发的主要负责人，先后提出多种类型、各个时期居国内领先或国际先进水平的大型、巨型计算机系统的设计思想和技术方案，并组织科技人员共同刻苦攻关，予以实现，取得了一系列创造性、突破性的成果，为我国高性能计算机赶超世界先进水平做出了卓越贡献。
2003年度：
刘东生院士是我国地球环境科学研究领域的专家。他在中国的古脊椎动物学、第四纪地质学、环境科学和环境地质学、青藏高原与极地考察等科学研究领域中，特别是黄土研究方面取得了大量的研究成果，使中国在古全球变化研究领域中跻身世界前列。
王永志是航天技术专家，是我国载人航天工程的开创者之一和学术技术带头人。多年来在我国战略火箭、地地战术火箭以及运载火箭的研制工作中做出了突出的贡献，特别是在载人航天工程中做出了重大贡献。
2004年度：
空缺。
2005年度：
吴孟超，肝脏外科学家，中国科学院院士。他创立了肝脏外科的关键理论和技术体系，开辟了肝癌基础与临床研究的新领域，创建了世界上规模最大的肝脏疾病研究和诊疗中心，培养了大批高层次专业人才。
叶笃正院士，气象学家。他开创青藏高原气象学，创立大气长波能量频散理论、东亚大气环流和季节突变理论、大气运动的适应尺度理论，开拓全球变化科学新领域，对我国现代气象业务事业发展作出卓越贡献。
2006年度：
李振声院士主要从事小麦遗传与远缘杂交育种研究，取得了令人瞩目的科学成就，同时开展了农业发展战略研究。
2007年度：
吴征镒院士是著名植物学家，从事植物学研究和教学七十年，是我国植物分类学、植物系统学、植物区系地理学、植物多样性保护以及植物资源研究的著名学者。
闵恩泽院士主要从事石油炼制催化剂制造技术领域研究，是我国炼油催化应用科学的奠基者，石油化工技术自主创新的先行者，绿色化学的开拓者，在国内外石油化工界享有崇高的声誉。
2008年度：
徐光宪院士是我国著名的化学家和教育家。他基于对稀土化学键、配位化学和物质结构等基本规律的深刻认识，发现了稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”基本规律，在20世纪70年代建立了具有普适性的串级萃取理论。该理论已广泛应用于我国稀土分离工业。
王忠诚是新中国培养的第一代神经外科专家，也是我国神经外科的开拓者之一。在半个世纪的医学生涯中，他为我国神经外科事业的发展壮大、走向世界做出了创新性贡献。
2009年度：
孙家栋院士，为我国突破卫星基本技术、卫星返回技术、地球静止轨道卫星发射和定点技术、导航卫星组网技术和深空探测基本技术做出了重大贡献；为创建和发展我国人造卫星总体技术、卫星航天工程管理技术和深空探测技术，做出了系统的、创造性的成就和贡献。
谷超豪，著名数学家，在当今核心数学前沿最活跃的三个分支：微分几何、偏微分方程和数学物理及其交汇点上做出了重要贡献。
2010年度：
王振义院士，血液学专家，在60余年的从医生涯中，为医学实践和理论创新作出了重大贡献，他成功实现了将恶性细胞改造为良性细胞的白血病临床治疗新策略，奠定了诱导分化理论的临床基础；确立了急性早幼粒细胞白血病治疗的“上海方案”，阐明了其遗传学基础与分子机制，树立了基础与临床结合的成功典范；建立了我国血栓与止血的临床应用研究体系。
师昌绪院士一直致力于材料科学研究与工程应用工作，在国内率先开展了高温合金及新型合金钢等材料的研究与开发。他的成果使我国航空发动机涡轮叶片由锻造到铸造、由实心到空心迈上两个新台阶，成为继美国之后第二个自主开发该关键材料技术的国家，迄今为止已大量应用于我国战机发动机。
2011年度：
吴良镛院士是我国著名的建筑学家、城乡规划学家和教育家，人居环境科学的创建者，同时也是新中国建筑教育的奠基人之一。
谢家麟院士是国际著名物理学家，我国粒子加速器事业的开拓者和奠基人。他多次就中长期发展规划提出重要建议和指导意见，对促进我国加速器领域的发展发挥了重大作用。
2012年度：
王小谟院士是我国著名雷达专家，现代预警机事业的开拓者和奠基人。他主持开展低空雷达技术攻关，研制成功我国第一部中低空兼顾雷达，并在国际雷达装备同台竞技中为国产雷达赢得了世界声誉。
郑哲敏院士是国际著名力学家，我国爆炸力学的奠基人和开拓者之一，是中国力学学科建设与发展的组织者和领导者之一。他阐明了爆炸成形的机理和模型律，解决了火箭重要部件的加工难题，发展了一门新的力学分支学科——爆炸力学。
2013年度：
张存浩院士是我国著名物理化学家，我国高能化学激光的奠基人、分子反应动力学的奠基人之一。
程开甲院士是我国著名物理学家，是我国核试验科学技术的创建者和领路人，为我国核武器事业和国防高新技术发展做出了卓越贡献。
2014年度：
于敏是我国著名的核物理学家，我国核武器研究和国防高技术发展的杰出领军人物之一。在倡导、推动国防高科技项目尤其是我国惯性约束核聚变研究中，发挥了重要作用，是我国惯性约束聚变和X光激光理论研究的开拓者。
2015年度：
空缺。
2016年度：
赵忠贤，我国高温超导研究的奠基人之一。他是国际上最早认识到柏诺兹和缪勒关于“在Ba-La-Cu-O中存在可能高达35K 超导性”（后获诺贝尔奖）的重要意义的少数几位学者之一，此外，他还发现系列50K以上铁基高温超导体并创造55K纪录。
屠呦呦的科学贡献是发现青蒿素，她从中医古籍中得到启迪，改变青蒿传统提取工艺，创建的低温提取青蒿抗疟有效部位的方法，成为青蒿素发现的关键性突破。