Det ursprungliga patentet som ligger till grund för nCounter Analysis System uppfanns och licensierades av The Institute for Systems Biology. Affärsplanen skrevs av Amber Ratcliffe och Aaron Coe och vann såddfinansiering i flera affärsplanetävlingar. NanoString avknoppades från The Institute for Systems Biology och grundades som ett separat företag 2003 av Krassen Dimitrov, Amber Ratcliffe och Dwayne Dunaway.

2004 fick NanoString sin första betydande finansiering genom en serie A-finansiering på 4,3 miljoner dollar. De har sedan dess tagit in flera andra finansieringsrundor för att expandera till utveckling av molekylär diagnostik. År 2011 hade NanoString Technologies tagit in nästan 70 miljoner dollar med sin serie D.

År 2009 lämnade Perry Fell, som varit VD sedan 2004, företaget plötsligt och utan någon officiell förklaring. Mellan 2009 och 2010 drevs företaget med en tillförordnad VD, Wayne Burns. Brad Gray, en tidigare chef för Genzyme, anställdes som VD och koncernchef 2010.

I juni 2010 var företaget ännu inte lönsamt. I en intervju föreslog Gray att NanoString skulle börja utveckla klinisk diagnostik. Från och med juli 2012 började NanoString indikera ett steg mot att bli ett börsbolag genom att anställa flera ledande befattningshavare med erfarenhet av börsbolag. NanoString fick en CE-märkningsbeteckning för försäljning av Prosigna bröstcancerprognostic gene signature assay (PAM50-baserat bröstcancertest) i Israel och EU i september 2012, och i september 2013 fick NanoString FDA 510(k) godkännande för Prosigna.

Under 2013 inbringade bolagets börsnotering 54 miljoner dollar som användes för att utöka NanoStrings försäljnings- och marknadsföringsinsatser. Som ett resultat av detta har NanoStrings intäkter ökat med 52 % under räkenskapsåret 2014-2015.