Проблеми теорії та методики навчання математики досліджувались в Українському науково-дослідному інституті педагогіки (таку назву до 1994 року мав Інститут педагогіки НАПН України) з перших років його заснування. Сектор методики навчання математики і креслення був заснований у 1926 році. В різні роки сектор очолювали О. М. Астряб та І. Ф. Тесленко. У секторі, а потім у лабораторії математичної і фізичної освіти, працювали відомі вчені-методисти О. М. Астряб, О. І. Бугайов, М. І. Бурда, М. Б. Гельфанд, С. У. Гончаренко, О. С. Дубинчук, О. І. Ляшенко, Д. М. Майєргойз, Ю. І. Мальований, Н. Д. Мацько, Т. Я. Нестеренко, Е. Я. Ремез, О. С. Смогоржевський, І. Ф. Тесленко, Т. М. Хмара, І. Є. Шиманський, М. І. Шкіль та інші. Завдяки працям цих учених сформувалася українська школа методистів математики та фізики, відома своїми працями далеко за межами України.
З 1930 р. розпочав свою діяльність сектор методики навчання фізики та астрономії. Сектором керували О. К. Бабенко, Л. І. Леущенко, Р. Д. Пономарьов, М. Й Розенберг, О. І Бугайов.
Упродовж 70-х років наукові співробітники сектора методики навчання математики і креслення М. І. Бурда, М. Б. Гельфанд, О. С. Дубинчук, Н. Д. Мацько, І. Ф. Тесленко, Т. М. Хмара розробляли наукові засади методики навчання математики, формування наукового світогляду, математичних понять, умінь розв’язувати задачі, створили відповідні навчальні й методичні посібники, проводили експериментальну перевірку нових програм та підручників у процесі реформування шкільної освіти. У 1981 р. сектори методики навчання математики та методики навчання фізики були об’єднані в лабораторію математичної і фізичної освіти. Першим її керівником був І. Ф. Тесленко. З 1984 р. по 2004 р. лабораторію очолював О. І. Бугайов, у 1994 р. — М. І. Бурда, з 2005 р. по 2009 р. — М. В. Головко, з 2009 р. по 2014 р. — О. І. Глобін.
У 80-х – 90-х роках науковцями лабораторії комплексно досліджувались структура та зміст уроків математики в середній загальноосвітній школі, методи, прийоми, організаційні форми та засоби навчання, розроблено проекти стандартів шкільної освіти, в яких сформульовані завдання, визначені зміст і структура базових курсів математики і фізики. Уперше в Україні були розпочаті дослідження проблем диференціації навчання математики, розроблені різнорівневі навчальні програми, створені пробні шкільні підручники (М. І. Бурда, Ю. І. Мальований, Н. Д. Мацько, Т. М. Хмара, М. І. Шкіль), підготовлені відповідні методичні рекомендації.
У 2001–2014 р. р. наукова діяльність співробітників лабораторії була спрямована на розроблення структури і змісту, методів, організаційних форм і засобів диференційованого навчання математики. Результати досліджень були реалізовані в освітній галузі «Математика» державних стандартів базової і повної середньої освіти (2004 і 2011 р. р.), Концепції математичної освіти 12-річної школи, 9 навчальних програмах, 10 підручниках, 18 навчальних і методичних посібниках для основної і старшої школи.
У 1985 р., разом із уведенням до інваріантної частини навчального плану загальноосвітніх навчальних закладів навчального предмету «Основи інформатики і обчислювальної техніки» (нині «Інформатика»), було створено лабораторію навчання інформатики. У різні роки в лабораторії працювали А. М. Долина, Ю. О. Дорошенко, М. І. Жалдак, В. В. Лапінський , М. М. Левшин, Л. В. Осіпа, М. О. Патланжоглу, П. А. Ротаєнко, В. Д. Руденко, В. Ю. Савченко, Н. І. Самойленко, М. М. Семко, Л. П. Семко, І. М. Семененко, Т. П. Соколовська.
Лабораторію очолювали: І. Ф. Тесленко (1985–1986 р. р.), В. Д. Долина (1986–1991 р. р.), М. М. Семко (1991–1994 р. р.), В. Д. Руденко (1994–1997 р. р.), Ю. О. Дорошенко (1998–2008 р. р.), В. В. Лапінський ( 2009 –2014 р. р.). Тематика наукової роботи лабораторії охоплювала проблеми відбору змісту й методики навчання основ інформатики та обчислювальної техніки в середній школі, використання комп’ютерів у навчальному процесі, а також розроблення навчальних програм, підручників, посібників, дидактичних матеріалів і педагогічних програмних засобів. Протягом існування лабораторії її науковці впроваджували у навчальний процес сучасні інформаційно-комунікаційні технології, організовували і проводили науково-практичні конференції різних рівнів, семінари, круглі столи з питань удосконалення інформатичної освіти, пропагували передові технології навчання в періодичній пресі, співпрацювали з учительською громадськістю.
Науковці лабораторії брали участь у створенні Концепції програми інформатизації загальноосвітніх навчальних закладів, комп’ютеризації сільських шкіл, Концепції навчальної дисципліни «Інформатика. Інформаційні технології», освітньої галузі «Технології» державних стандартів базової і повної середньої освіти (2004 і 2011 р. р.). Протягом 2010 – 2018 років ними і за їх участю розроблено 9 підручників з інформатики для загальноосвітніх та вищих навчальних закладів, 7 навчальних програм (базових та елективних курсів), 10 навчально-методичних посібників.
Відділ математичної та інформатичної освіти, об’єднавши зусилля науковців двох лабораторій, намагається продовжити традиції й бути провідником всього передового у зазначеній галузі навчання.
У 2017 році пішов із життя відомий учений-педагог, провідний науковий співробітник відділу математичної та інформатичної освіти, кандидат педагогічних наук, старший науковий співробітник, доцент Олександр Ігорович Глобін, який створив потужну вітчизняну школу методики навчання математики.
Результати досліджень знайшли своє відображення в Державному стандарті базової і повної загальної середньої освіти, навчальних програмах з математики та інформатики для основної та старшої школи, у розробленні яких активну участь брали співробітники відділу, а також у 12 підручниках з математики та інформатики, 9 навчально-методичних посібників. Відділ математичної та інформатичної освіти апробує результати своїх досліджень і співпрацює з різними навчальними закладами: Ліцей «Престиж» м. Києва; Ліцей № 142 м. Києва; ЗОШ №7 м. Черкаси; Бучанська ЗОШ І-ІІІ ступенів № 4 м.Буча Київської обл.; Великодимерський ліцей Броварського р-ну Київської обл.та ін.
Щорічно співробітниками відділу до початку навчального року пропонуються методичні рекомендації щодо вивчення математики та інформатики як в окремих методичних посібниках, так і в журналах «Математика в рідній школі», «Комп’ютер в школі та сім’ї». Щорічно відділ бере участь у серпневих веб-конференціях.
Головна увага науковців відділу спрямована на вирішення актуальної науково-методичної проблеми сьогодення – впровадження компетентнісної моделі навчання математики та інформатики в гімназії. Напрями досліджень визначаються завданнями двох НДР, які виконуються у відділі, а саме, «Науково-методичне забезпечення прикладної спрямованості навчання математики в гімназії» (науковий керівник М.І Бурда) і «Науково-методичне забезпечення прикладної спрямованості навчання інформатики в гімназії» (науковий керівник В.В. Лапінський).
Ці завдання спрямовані на розроблення, теоретичне обґрунтування та експериментальну перевірку методики формування математичної, інформатичної та інших ключових компетентностей учнів гімназії в процесі навчання математики та інформатики, визначення умов підвищення результативності навчання та розроблення науково-методичного його забезпечення.