ในช่วงทศวรรษ 2510 คนไทยในชนบทซึ่งเป็นพลเมืองส่วนใหญ่ของประเทศกำลังประสบปัญหาโภชนาการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขาดสารอาหาร ปัญหาที่รุนแรงในขณะนั้นคือการขาดโปรตีนและพลังงาน โรคโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็ก โรคเหน็บชาจากการขาดวิตามินบี 1 โรคปากนกกระจอกจากการขาดวิตามินบี 2 โรคคอพอกจากการขาดธาตุไอโอดีน การขาดวิตามินเอ และนิ่วในกระเพาะปัสสาวะ อันก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญยิ่งต่อสุขภาพอนามัยและศักยภาพของประชากรวัยต่างๆ โดยเฉพาะเด็กเล็กๆ ในแทบทุกภูมิภาค

ข้อมูลจากการศึกษาและการสำรวจโดยคณะผู้เชี่ยวชาญของไทยและต่างประเทศที่ถูกเผยแพร่ออกไปส่งผลให้สถานการณ์ปัญหานี้เริ่มได้รับความสนใจมากขึ้นตามลำดับ ทั้งจากนักวิชาการ และผู้บริหารของหน่วยงานที่เกี่ยวข้องในระดับชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในมหาวิทยาลัยและกระทรวงสาธารณสุข

จนกระทั่งปี 2517 หลังจากองค์การยูนิเซฟ (UNICEF) ได้สนับสนุนให้จัดสัมมนาเพื่อหาแนวทางพัฒนางานด้านโภชนาการของชาติ ผู้บริหารกองโภชนาการกระทรวงสาธารณสุข กระทรวงศึกษาธิการ และมหาวิทยาลัยมหิดล โดยได้หารือกันและเสนอแนวคิดในการแก้ปัญหาโภชนาการของประเทศ ในที่สุดได้จัดทำเป็นแผนพัฒนาด้านอาหารและโภชนาการ ซึ่งต่อมาได้ถูกบรรจุในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ฉบับที่ 4 (พ.ศ. 2520 - 2524)

ผลจากการประสานงานกันระหว่างหน่วยงานเพื่อแก้ปัญหาในระดับประเทศครั้งนั้น ได้ก่อให้เกิดแนวคิดในการจัดตั้งสถาบันโภชนาการแห่งชาติขึ้นเพื่อทำหน้าที่ศึกษาวิจัย จัดการศึกษาฝึกอบรม ตลอดจนบริการทางวิชาการด้านอาหารและโภชนาการ เพื่อส่งเสริมให้หน่วยงานต่างๆ สามารถดำเนินงานให้บรรลุเป้าหมายตามที่กำหนดไว้ในแผนพัฒนาฯ ฉบับดังกล่าว โดยที่กำหนดให้มีฐานะเป็นหน่วยงานระดับชาติ อยู่ในรูปของสถาบันวิชาการในมหาวิทยาลัย

เมื่อรัฐบาลเล็งเห็นว่ามหาวิทยาลัยมหิดลมีความพร้อมมากที่สุดในขณะนั้น จึงเห็นชอบให้จัดตั้งสถาบันนี้ขึ้นในมหาวิทยาลัยมหิดล โดยได้ตัดคำว่า “แห่งชาติ” ออก และใช้ชื่อว่า “สถาบันโภชนาการ มหาวิทยาลัยมหิดล” ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 25 มกราคม พ.ศ. 2520 ตามพระราชกิจจานุเบกษาเล่มที่ 94 ตอนที่ 8