กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน แต่เดิมคือ การพลังงานแห่งชาติ โดยจัดตั้งขึ้น เมื่อวันที่ 6 มกราคม 2476 โดยมีที่มาจาก คณะกรรมการไฟฟ้าและพลังงานแห่งประเทศไทย ซึ่งได้รับความช่วยเหลือทางด้านวิชาการจากธนาคารโลก โดยที่ควรจะมีหน่วยงานที่เข้ามารับผิดชอบด้านพลังงานโดยเฉพาะ[2] ต่อมา ได้มีการตราพระราชบัญญัติการพลังงานแห่งชาติขึ้น[3] โดยมีหน้าที่ในการจัดหา การค้นคว้า วิจัย และสำรวจแหล่งที่มาพลังงาน รวมไปถึงการวางนโยบายและส่งเสริมการใช้พลังงาน[3] โดยเป็นส่วนราชการใน สำนักนายกรัฐมนตรี และมี บุญรอด บิณฑสันต์ เป็นเลขาธิการการพลังงานแห่งชาติคนแรก โดยในระยะแรก ได้ใช้ที่ทำการชั่วคราวอยู่ที่คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และได้ย้ายมาที่ศาลาลูกขุนใน ในพระบรมมหาราชวัง

ต่อมา เมื่อมีการจัดตั้ง กระทรวงพัฒนาการแห่งชาติ ขึ้นในปี 2506 การพลังงานแห่งชาติ ก็เป็นส่วนราชการหนึ่งของกระทรวง และในปี 2514 ก็ได้มีการเปลื่ยนชื่อเป็น สำนักงานพลังงานแห่งชาติ และกลับสังกัดสำนักนายกรัฐมนตรีอีกครั้ง

ปี 2522 เมื่อมีการจัดตั้ง กระทรวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและการพลังงาน จึงได้รับโอน สำนักงานพลังงานแห่งชาติ เข้าเป็นส่วนหนึ่งของกระทรวงด้วย[4] และต่อมาได้มีการแยกส่วนงานที่เกี่ยวข้องกับการวางนโยบายพลังงาน ไปจัดตั้งเป็นส่วนราชการระดับกรม คือ สำนักงานคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติ สังกัดสำนักนายกรัฐมนตรี[5] พร้อมกับการเปลื่ยนชื่อหน่วยงานเป็น กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน ในปี 2535[6]

และเมื่อมีการปฏิรูประบบราชการเมื่อปี พ.ศ. 2545 กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน จึงได้เข้าสังกัด และเป็นส่วนหนึ่งของ กระทรวงพลังงาน พร้อมกับเปลื่ยนชื่อเป็น กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน จนถึงปัจจุบัน[7]