Fundado en 1923, hoy el Laboratorio representa un punto de unión significativo entre la tradición vaticana y las metodologías experimentales modernas. Hunde sus raíces históricas en una tradición de siglos atenta al mantenimiento de las colecciones vaticanas, como testimonia la institución en el lejano 1543 de la Oficina del Mundator de parte del papa Pablo III. Un discípulo de Miguel Ángel Buonarroti, Francesco Amadori llamado Urbino, fue el primer encargado de la desempolvadura periódica de la Capilla Sixtina. Dan testimonio de la creciente sensibilidad por la conservación y tutela del patrimonio artístico, especialmente pictórico, las numerosas disposiciones en materia que se subsiguieron en el tiempo: las Cartas apostólicas de Benedicto XIV de 1757, que contienen normas para la salvaguardia de las obras de arte, el primer Reglamento de los Museos y las Galerías Pontificias de 1816, el Edicto Pacca de 1820, que instituye a nivel legislativo una mayor acción en la “[…] restauración y conservación de los monumentos públicos de antigüedades y de arte […]”. Más tarde, León XII (1823-1829) dispondrá que algunos locales situados bajo los ambientes de la Biblioteca Vaticana se usen como almacenes de los Museos y de la Oficina de restauración.

Con un salto de casi un siglo se llega a la fundación del entonces “Laboratorio de restauración de pinturas”. Su institucionalización en 1923 marca un momento importante para afianzar una firme conciencia en favor de la conservación en los Museos Vaticanos. Tanto que el proyectista de la nueva Pinacoteca, el arquitecto Luca Beltrami, decide ubicar los locales de los Laboratorios debajo de la Pinacoteca, dotándolos de un montacargas que contenga el mayor cuadro de la colección: “La comunión de San Jerónimo” de Domenichino. El objetivo principal es permitir un traslado rápido de las obras en condiciones de máxima seguridad.
A lo largo de los años, las actividades del Laboratorio han abarcado un patrimonio vasto y difícilmente cuantificable, y más bien extendido por el territorio: el Estado de la Ciudad del Vaticano, pasando por las principales Basílicas romanas, para llegar a las Villas pontificias de Castelgandolfo, en particular el Palacio Apostólico.