Det oprindelige patent, der danner grundlaget for nCounter Analysis System, blev opfundet og licenseret af The Institute for Systems Biology. Forretningsplanen blev skrevet af Amber Ratcliffe og Aaron Coe og vandt startkapital i flere forretningsplankonkurrencer. NanoString blev udskilt fra The Institute for Systems Biology og grundlagt som en separat virksomhed i 2003 af Krassen Dimitrov, Amber Ratcliffe og Dwayne Dunaway.

I 2004 rejste NanoString sin første betydelige finansiering i en serie A-finansiering på 4,3 mio. De har siden rejst flere andre finansieringsrunder for at udvide til udvikling af molekylær diagnostik. I 2011 havde NanoString Technologies rejst næsten 70 mio. dollar med deres serie D.

I 2009 forlod Perry Fell, der havde været administrerende direktør siden 2004, pludselig og uden nogen officiel forklaring selskabet. Mellem 2009 og 2010 fungerede virksomheden med en fungerende administrerende direktør, Wayne Burns. Brad Gray, en tidligere Genzyme-chef, blev ansat som præsident og administrerende direktør i 2010.

I juni 2010 var virksomheden endnu ikke rentabel. I et interview foreslog Gray, at NanoString ville begynde at udvikle kliniske diagnostikprodukter. Fra juli 2012 begyndte NanoString at indikere et skridt i retning af at blive et børsnoteret selskab ved at ansætte flere ledende medarbejdere med erfaring fra børsnoterede selskaber. NanoString modtog i september 2012 en CE-mærkning til salg af Prosigna brystkræftprognostic gene signature assay (PAM50-baseret brystkræfttest) i Israel og EU, og i september 2013 modtog NanoString FDA 510(k)-godkendelse for Prosigna.

I 2013 indbragte selskabets børsnotering 54 mio. dollars, som blev brugt til at udvide NanoStrings salgs- og markedsføringsindsats. Som følge heraf er NanoStrings indtægter steget med 52 % i regnskabsåret 2014-2015.