Alkuperäinen patentti, joka on nCounter-analyysijärjestelmän perusta, keksittiin ja lisensoitiin Institute for Systems Biologylta. Liiketoimintasuunnitelman kirjoittivat Amber Ratcliffe ja Aaron Coe, ja se voitti siemenrahoitusta useissa liiketoimintasuunnitelmakilpailuissa. Krassen Dimitrov, Amber Ratcliffe ja Dwayne Dunaway perustivat NanoStringin erillisenä yrityksenä vuonna 2003 The Institute for Systems Biology -instituutista.

Vuonna 2004 NanoString hankki ensimmäisen merkittävän rahoituksensa 4,3 miljoonan dollarin A-sarjan rahoituksella. Sittemmin se on kerännyt useita muita rahoituskierroksia laajentuakseen molekyylidiagnostiikan kehittämiseen. Vuoteen 2011 mennessä NanoString Technologies oli kerännyt lähes 70 miljoonaa dollaria D-sarjallaan.

Vuonna 2009 Perry Fell, joka oli toiminut toimitusjohtajana vuodesta 2004 lähtien, jätti yhtiön äkillisesti ja ilman virallista selitystä. Vuosina 2009-2010 yhtiöllä oli vt. toimitusjohtaja Wayne Burns. Brad Gray, entinen Genzymen johtohenkilö, palkattiin toimitusjohtajaksi vuonna 2010.

Kesäkuussa 2010 yhtiö ei ollut vielä kannattava. Haastattelussa Gray ehdotti, että NanoString alkaisi kehittää kliinistä diagnostiikkaa. Heinäkuusta 2012 alkaen NanoString alkoi osoittaa siirtymistä kohti pörssiyhtiötä palkkaamalla useita johtavia työntekijöitä, joilla oli kokemusta pörssiyhtiöistä. NanoString sai CE-merkinnän Prosigna-rintasyövän ennustegeenisignatuurimäärityksen (PAM50-pohjainen rintasyöpätesti) myyntiin Israelissa ja EU:ssa syyskuussa 2012, ja syyskuussa 2013 NanoString sai FDA:n 510(k)-hyväksynnän Prosignalle.

Yhtiön listautumisannilla kerättiin vuonna 2013 54 miljoonaa dollaria, jotka käytettiin NanoStringin myynnin ja markkinoinnin laajentamiseen. Tämän seurauksena NanoStringin liikevaihto kasvoi 52 % tilikaudella 2014-2015.