Het oorspronkelijke octrooi dat de basis vormt voor het nCounter-analysesysteem is uitgevonden en gelicentieerd van The Institute for Systems Biology. Het businessplan is geschreven door Amber Ratcliffe en Aaron Coe en heeft in meerdere businessplancompetities een startkapitaal gewonnen. NanoString werd afgesplitst van The Institute for Systems Biology en opgericht als een afzonderlijk bedrijf in 2003 door Krassen Dimitrov, Amber Ratcliffe en Dwayne Dunaway.

In 2004 haalde NanoString zijn eerste significante financiering op in een serie A-financiering van $ 4,3 miljoen. Sindsdien hebben ze verschillende andere financieringsrondes opgehaald om uit te breiden naar de ontwikkeling van moleculaire diagnostiek. Vanaf 2011 had NanoString Technologies bijna $ 70M opgehaald met hun serie D.

In 2009 verliet Perry Fell, die sinds 2004 CEO was, het bedrijf abrupt en zonder officiële verklaring. Tussen 2009 en 2010 werkte het bedrijf met een waarnemend CEO, Wayne Burns. Brad Gray, een voormalige Genzyme executive, werd ingehuurd als president en CEO in 2010.

In juni 2010 was het bedrijf nog niet winstgevend. In een interview suggereerde Gray dat NanoString zou beginnen met de ontwikkeling van klinische diagnostiek. Vanaf juli 2012 begon NanoString te wijzen op een ontwikkeling in de richting van een beursgenoteerd bedrijf door verschillende senior medewerkers met ervaring in beursgenoteerde bedrijven aan te nemen. NanoString ontving een CE-markering voor de verkoop van de Prosigna borstkanker prognostische gen handtekening assay (PAM50-gebaseerde borstkankertest) in Israël en de EU in september 2012, en in september 2013 ontving NanoString FDA 510 (k) klaring voor Prosigna.

In 2013 bracht de beursgang van het bedrijf $ 54 miljoen op die werd gebruikt om de verkoop- en marketinginspanningen van NanoString uit te breiden. Als gevolg hiervan is de omzet van NanoString in het boekjaar 2014-2015 met 52% gestegen.