Das ursprüngliche Patent, das die Grundlage für das nCounter-Analysesystem bildet, wurde vom Institut für Systembiologie erfunden und lizenziert. Der Geschäftsplan wurde von Amber Ratcliffe und Aaron Coe verfasst und gewann eine Startfinanzierung in mehreren Geschäftsplanwettbewerben. NanoString wurde 2003 von Krassen Dimitrov, Amber Ratcliffe und Dwayne Dunaway aus dem Institute for Systems Biology ausgegliedert und als eigenständiges Unternehmen gegründet.

Im Jahr 2004 erhielt NanoString seine erste bedeutende Finanzierung in Form einer Serie-A-Finanzierung in Höhe von 4,3 Millionen US-Dollar. Seitdem wurden mehrere weitere Finanzierungsrunden durchgeführt, um die Entwicklung von Molekulardiagnostika voranzutreiben. Im Jahr 2011 hatte NanoString Technologies mit seiner Serie D fast 70 Mio. $ aufgebracht.

Im Jahr 2009 verließ Perry Fell, der seit 2004 CEO war, das Unternehmen abrupt und ohne offizielle Erklärung. Zwischen 2009 und 2010 wurde das Unternehmen von einem amtierenden CEO, Wayne Burns, geführt. Brad Gray, eine ehemalige Führungskraft von Genzyme, wurde 2010 als Präsident und CEO eingestellt.

Im Juni 2010 war das Unternehmen noch nicht profitabel. In einem Interview deutete Gray an, dass NanoString mit der Entwicklung klinischer Diagnostika beginnen würde. Im Juli 2012 begann NanoString mit der Einstellung mehrerer leitender Angestellter mit Erfahrung in börsennotierten Unternehmen, was darauf hindeutete, dass das Unternehmen eine Aktiengesellschaft werden wollte. Im September 2012 erhielt NanoString die CE-Kennzeichnung für den Verkauf des Prosigna-Brustkrebs-Prognose-Gensignatur-Assays (PAM50-basierter Brustkrebstest) in Israel und der EU, und im September 2013 erhielt NanoString die 510(k)-Freigabe der FDA für Prosigna.

Im Jahr 2013 brachte der Börsengang des Unternehmens 54 Millionen US-Dollar ein, die für den Ausbau der Vertriebs- und Marketingaktivitäten von NanoString verwendet wurden. Infolgedessen ist der Umsatz von NanoString im Geschäftsjahr 2014-2015 um 52 % gestiegen.