در سال ۱۳۵۵ دو مرکز آموزش موسوم به تیزهوشان توسط دکتر برومند و زیر نظر مستقیم کارشناسان آموزشی آمریکایی پایه گذاری شد. از انقلاب ۱۳۵۷ تا سال ۱۳۶۶ این دو مرکز دخترانه (علامه حلی) و پسرانه (شهید اژه ای) زیر نظر دفتر کودکان استثنایی فعّال بودند، امّا هر لحظه امکان تعطیل شدن این مراکز وجود داشت. آموزگاران این دو مرکز اغلب دانش آموزان همین مراکز در دوران قبل از انقلاب ۱۳۵۷ بودند. در سال
۱۳۶۶ اساسنامه سمپاد توسط میر حسین موسوی نخست وزیر وقت تصویب شد و این سازمان تحت نام سمپاد با ۲ مرکز و ۸۰۲ دانش آموز به آموزش و پرورش پیوست؛ و جایگاهی متسحکم تر یافت.مدارس پسرانه تهران به نام مدارس علامه حلی و مدرسه دختران تهران به نام فرزانگان نامیده شد. فارغ التحصیلان سمپاد عمدتا در دانشگاهها قبول میشوند. بخش مهمی از این دانش آموزان در دانشگاههای واقع در تهران و در رشتههای مهندسی پذیرفته میشوند. سمپاد تا چند سال پیش صرفاً در رشتههای ریاضی-فیزیک آموزش میداد اما اخیراً رشتههای دیگر را هم در حجمی محدود دائر کردهاست.
در سال ۱۳۶۷، جواد اژهای ریاست هیأت امنای سازمان را برعهده گرفت. در طول ۲۱ سال، این سازمان مدارس زیر مجموعهٔ خود را در استانهای مختلف گسترش داد. طبق آخرین آمار، در سال تحصیلی ۱۳۸۳-۸۴، تعداد ۹۹ مرکز راهنمایی و ۹۸ دبیرستان تحت پوشش سازمان ملی پرورش استعدادهای درخشان بودهاند.
در اسفندماه ۱۳۷۹، با تصویب «قانون تجمیع» از سوی شورای عالی اداری، اختیار مدارس تحت پوشش سازمان تا حد زیادی خصوصاً در شهرستانها به سازمان آموزش و پرورش استان واگذار شد. اکنون، رییس سازمان، براساس اجازهنامهای از سوی وزیر آموزش و پرورش تنها بر مدارس تهران اعمال مدیریت میکند.
در سال ۱۳۸۷ جواد اژهای برکنار شد و محمد اعتمادی، عضو سابق هیئت امنا و رئیس اسبق دانشگاه صنعتی شریف، ریاست سمپاد را عهده دار شد. اما بعد از یک سال استعفا داد و سازمان مدتی را بدون مدیر سپری کرد. سرانجام در ۲۱ دی ماه سال ۱۳۸۸، با حکم آقای حاجی بابایی، وزیر آموزش پرورش، محمدعلی غفاری به ریاست سمپاد انتخاب شد. جواد اژهای، صاحب امتیاز نشر سمپاد و سایت رسمی سازمان (nodet.net) بود و بعد از جداشدن اواز سازمان، نشر سمپاد از سازمان جدا شد و سازمان اقدام به تغییر سایت رسمی اش نمود. هم اکنون دو سایتسمپادپرتال و آموزش سمپاد به طور رسمی فعالیت میکنند اما این سایتها نیز در اختیار سازمان نیستند و به طور شخصی ثبت شدهاند. اماوزارت اموزش وپرورش برای ثبت نام هاواعلام نتایج آزمونهای مراحل اول و دوم ورودیهای تکمیلی و راهنمایی وگرفتن کارت ورود به جلسه آزمونهای سازمان سایت[www.sampad.medu.ir]درسال ۱۳۸۸راه انداخت .
در سال ۱۳۹۰با تصویب شورای عالی اداری سمپاد با باشگاه دانشپژوهان جوان ادغام شد و مرکز ملی تشکیل شد.
از سال ۱۳۵۷ تا سال ۱۳۶۶ ابقا یا انحلال این سازمان در نهادهای حاکم مورد بحث بود. زیرا وجود این سازمان به نوعی تبعیض و مخالف عدالت اجتماعی و موجب فرار مغزها تلقی می شد. در یکی از سالهای قبل از انقلاب آزمایشگاه این مرکز به نفع یک مرکز دانشگاهی مصادره شد. در سال ۱۳۶۶ این سازمان زیر نظر آموزش و پرورش ابقا شد. در اسفندماه سال ۱۳۷۹ ادارهٔ مراکز خارج از تهران از این سازمان به آموزش پرورش هر استان واگذار شد. هر یک از این تغییرات در ساختار سازمان انتقادات فراوانی را برانگیخته است.
