Trung tâm Quốc tế Đào tạo và Nghiên cứu Toán học dưới sự bảo trợ của UNESCO (gọi tắt là Trung tâm Toán học UNESCO) được đề xuất thành lập theo chỉ đạo của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ nhằm trở thành một trong số các đơn vị nghiên cứu xuất sắc đáp ứng các yêu cầu của một “tổ chức nghiên cứu cơ bản ở trình độ khu vực và thế giới đủ năng lực để giải quyết những vẫn đề trọng yếu của quốc gia trong khoa học và công nghệ” được đặt ra trong Quyết định 448/QĐ-TTg ngày 14/4/2012 phê duyệt chiến lược phát triển khoa học và công nghệ 2011-2012.

 Ngày 3/2/2015, Bộ Khoa học và Công nghệ đã có Tờ trình 331/TTr-BKHCN gửi Thủ tướng chính phủ xin chủ trương tham gia mạng lưới các trung tâm khoa học được UNESCO công nhận và bảo trợ. Ngày 14/2/2015 Văn phòng Chính phủ đã có công văn 1259/VPCP-KGVX đồng ý với chủ trương của Bộ Khoa học và Công nghệ.

 Sau quá trình đàm phán giữa Bộ Khoa học và Công nghệ và UNESCO, ngày 26/10/2015 tại phiên họp thứ 38 năm 2015, Đại hội đồng UNESCO đã thông qua nghị quyết về việc thành lập hai trung tâm về Toán học và Vật lý tại Việt Nam dưới sự bảo trợ của UNESCO (trung tâm dạng 2).

Ngày 24/8/2017 tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ và Tổng giám đốc UNESCO đã ký thỏa thuận về việc thành lập tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Trung tâm quốc tế Đào tạo và Nghiên cứu Toán học và Trung tâm Vật lý quốc tế.

 Ngày 05/3/2018 Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã ban hành Quyết định 307/QĐ-VHL về việc thành lập Trung tâm Quốc tế Đào tạo và Nghiên cứu Toán học và Quyết định 308/QĐ-VHL về việc Ban hành Quy chế tổ chức và hoạt động của Trung tâm Quốc tế Đào tạo và Nghiên cứu Toán học.

Ngày 11/4/2020, Thủ tưởng Chính phủ đã ký Nghị quyết số 43/NQ-CP về việc phê duyệt Thỏa thuận giữa Chính phủ nước Cộng hòa xã hội Chủ nghĩa Việt Nam và Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hợp quốc (UNESCO) về việc thành lập Trung tâm nghiên cứu và đào tạo toán học quốc tế dưới sự bảo trợ của UNESCO (Trung tâm dạng 2) tại Hà Nội, Việt Nam.

Ngày 12/5/2021, Thủ tướng Chính phủ đã ban Quyết định số 701/QĐ-TTg phê duyệt thỏa thuận giữa Chính phủ nước Cộng hòa xã hội Chủ nghĩa Việt Nam và Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hợp quốc (UNESCO) về việc thành lập Trung tâm nghiên cứu và đào tạo toán học quốc tế dưới sự bảo trợ của UNESCO (Trung tâm dạng 2) tại Hà Nội, Việt Nam.