La institución de un laboratorio de restauración dedicado a la conservación de las obras en metal o cerámica de proveniencia arqueológica se remonta a los primeros años del siglo XX, como consecuencia de la reorganización de base técnico-científica de los Museos Vaticanos; en efecto, hasta entonces los “Museos del Papa” se valían de la colaboración de artistas y restauradores externos. A partir de 1910, sin embargo, la estructura comenzó a dotarse de personal estable y de un laboratorio interno, que en esa época se denominó “Gabinete de aplicaciones científicas para metales y terracotas”.
En la primera mitad de los años veinte la actividad se centró sobre todo en el nuevo montaje del Museo Gregoriano Etrusco (inaugurado en 1925), mientras que a lo largo de los años se extendió al Museo Gregoriano Egipcio y, progresivamente, a todas las otras Colecciones vaticanas constituidas por materiales metálicos, cerámicos, vítreos y bruñidos, hasta abarcar también el sector más general de las llamadas Artes decorativas.
Entre 1980 y 1981, se potenció el Laboratorio con nuevos espacios y equipamiento, y asumió la denominación actual. Sin embargo, el paso decisivo desde el punto de vista organizativo-profesional tuvo lugar en 1999, cuando las colecciones de la Biblioteca Apostólica Vaticana —constituidas por obras de materiales y épocas muy diversos (esmaltes, orfebrería, ámbar, marfil)— pasaron a ser de competencia de los Museos Vaticanos, lo cual determinó que se ampliaran las funciones, las competencias y las actividades del Laboratorio.
Hoy la coordinación y la responsabilidad de la estructura corren a cargo de Flavia Callori di Vignale, que cuenta con la colaboración de ocho profesionales y de numerosos colaboradores provenientes de escuelas e institutos de alta formación, como el Instituto superior central de Restauración y la Fábrica de Piedras duras de Florencia.