1969年4月、米国ゼネラル・エレクトリック社（GE）開発のニュクリポアー・メンブレン（超精密ろ過膜）の日本・極東地区独占販売を目的に、東京都中央区日本橋本石町において野村マイクロ・サイエンス株式会社が設立された。設立母体は北興化学工業株式会社のニュクリポアー部門で、創業時は米GEが開発した先端ろ過膜の代理店として、日本市場と東アジア市場への独占販売権を持つ輸入商社的な事業形態であった。1972年12月にはGE社と共同でNuclepore Corporation（NPC社）を米国に設立しNPC社株式の23%を取得、上流の製造側にも資本参加して輸入商社から「製造側に出資する販売会社」へ立ち位置を一段進めた。1973年11月には北興化学工業ニュクリポアー部門の人員・資産を野村マイクロ・サイエンスに統合し、ニュクリポアー・メンブレンと関連機器の製造販売体制を一体化した。この統合により、北興化学工業は野村マイクロ・サイエンスの筆頭株主として現在まで半世紀超にわたって保有を続ける関係が成立した。

創業から4年で野村マイクロ・サイエンスは「米GE社の輸入代理店」から「ろ過膜と関連機器を一体製造販売する装置メーカー」へ転換した。だが装置メーカーとしての本格的な事業転換点は、1974年1月に米アクアメディア社の超純水技術を導入して超純水製造システム事業に参入した時点である。ニュクリポアー・メンブレンは半導体製造工程の洗浄水・製薬向けろ過水の供給を担う基幹部品で、これを組み込んだ超純水製造装置を一体提供することで、消耗品（フィルター・イオン交換樹脂）の継続販売を伴うシステム事業へ事業構造を移行できた。1976年3月にはRO（逆浸透膜）によるパイロジェン（細菌の菌体成分の一部）除去システムを開発し、国内製薬会社に納入する形で医薬向け事業の起点も築いた。

1980年7月、逆浸透装置の国産化を図るため、日本アクアメディア株式会社（1991年8月に株式会社ナムテックに商号変更）を米アクアメディア・日揮株式会社（現日揮ホールディングス株式会社）・野村マイクロ・サイエンスの3社合弁により設立した（野村マイクロ・サイエンス出資比率33.3%）。RO装置の国産化は、米国メーカーからのライセンス受入をベースに、日本市場向けに製品を現地化する転換点で、日揮を合弁先に取り込んだことは半導体・化学プラント領域の取引網拡大にもつながった。

1983年2月、韓国三星半導体通信（当時）に超純水装置を輸出し韓国市場に進出した。この一件は野村マイクロ・サイエンスの歴史において決定的な意味を持つ。三星電子は1980年代以降、半導体DRAM市場で日本メーカーを追い抜く成長を遂げ、その製造工程に必要な超純水装置を野村マイクロ・サイエンスが継続供給する関係が成立した。その後の海外展開は基本的に「韓国メーカーの海外進出を追って当社が現地法人を設立する」という構造で動いた。1993年12月、三星電子からのメンテナンス受注のため韓国に合弁会社株式会社野村テクノを設立（野村マイクロ・サイエンス出資比率50%、1999年8月に株式会社野村コリアへ商号変更、現在の野村マイクロ・サイエンス出資比率100%）し、韓国メンテナンス拠点を確立した。1996年1月には三星電子の米国進出に伴い米国に100%子会社野村マイクロ・サイエンスUSA, Inc.を設立、1997年9月には韓国・LG半導体の英国進出に伴い英国に野村マイクロ・サイエンスUK Ltd.を設立した（両社とも後に清算）。1987年7月には台湾・極水股份有限公司に超純水装置を納入して台湾市場に進出、1995年5月に台湾支店を開設（2015年10月閉鎖）と、台湾市場にも展開した。

1991年8月には本社・研究拠点を厚木市岡田に集約し、新社屋を建設した。神奈川県厚木市の本社所在は現在まで継続している。1981年2月に東京都千代田区大手町、1977年7月に日本橋鍛冶町と本社所在地は数回移った後、厚木への移転で長期定着が完成した。創業地・東京都中央区日本橋本石町から距離は離れたが、厚木の研究拠点と本社一体化により、装置開発・営業・管理を集約した運営体制が整った。

2001年2月、台湾Hantech社との合弁で中国に上海野村水処理国際貿易有限公司を設立（野村マイクロ・サイエンス出資比率70%、後にHantech社へ持分譲渡）し、中国市場進出の起点を作った。2006年1月には台湾Hantech社との合弁で中国に上海野村水処理工程有限公司を設立（出資比率70%、現100%）し、中国生産・施工拠点を確立した。2006年は野村マイクロ・サイエンスの業容拡大が並列的に進行した年で、ナムテックとアグルー・ジャパンを野村マイクロ・サイエンスに吸収合併（グループ再編・事業一体化）、米国に100%子会社野村マイクロ・サイエンスUSA Ltd.,Coを設立（米国再進出）、シンガポールにも100%子会社（後に2008年12月清算）、野村ピュアを吸収合併──と組織再編と国際展開が同時進行した。

2007年10月、ジャスダック証券取引所（現東京証券取引所JASDAQスタンダード）に株式を上場した。創業から38年で公開市場入りを果たし、輸入代理店から半導体・FPD・製薬向け超純水装置の専業メーカーへの長い転換ジャーニーがいったん完結した。上場時のFY06（2007年3月期）の連結売上高は272億円、FY05（2006年3月期）は185億円で、海外比率を含む装置受注を主軸とした事業構造が固まっていた。創業者の北興化学工業ニュクリポアー部門時代の輸入販売事業から、半世紀近くを経て上場装置メーカーへ転換した経路は、戦後日本の輸入技術導入型の独立装置メーカーが歩んだ典型的な軌跡である。