本世纪初，在推进课程改革实践中，本市部分中小学校基于校本课程实施，自主建设了一批不同于传统意义的“实验室”。这些实验室内容涉及生命科学、物理、化学、地理、音乐、金融等众多学科和领域，“营造创新教育实践环境、提升学生的创新精神和实践能力”是这些实验室的共同出发点。
基于实践，2010年《上海市中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》明确了“加强研究性学习和实验实践环节，提高学生科学思维能力，培养激发学生的创新意识和实践能力”的要求，将“建设若干个区域性中小学生创新实验室和50所高中专题创新实验室”列为新时期上海教育的重点发展项目。
2010年和2012年,上海市教育委员会先后两次面向全市中小学征集创新实验室建设案例成果，遴选全市83个创新实验室建设案例，编辑出版了《创新实验室里的时代脉动》和《创新实验室里的梦想之光》，充分发挥了先进学校的引领作用。
2014年，上海市教育委员会将《基于课程的中小学创新实验室建设行动研究》列为上海市教育科研重点项目，由上海市教育委员会教育技术装备中心组织全市17个区县六十余所中小学围绕创新实验室的课程建设、教与学行为、管理与运行机制、环境建设等方面进行系统研究，编制了《上海市中小学创新实验室建设指南》，从总体要求、环境要求、主要仪器(器材)配备示例、创新实验室建设案例4个方面对创新实验室建设工作从理念和操作角度进行了细化，进一步提高了全市创新实验室建设工作的质量。
2015年10月，上海市教育委员会、上海市发展和改革委员会等九部委联合发文《促进本市城乡义务教育一体化的实施意见(暂行)》，要求“加强中小学创新实验室建设”，至2020年，上海每一所中小学校至少要建有一个创新实验室，由此，上海市中小学创新实验室建设进入了一个全面普及的新时期。
上海市中小学创新实验室是学校实施拓展型、研(探)究型课程和开展学生自主探究实验活动的场所，是基于满足学生个性化学习需求的课程资源，是融合学习内容、学习方式和设施设备为一体的学习环境。创新实验室的核心是实践,灵魂是创新，通过为学生提供多类型的课程和开放性的实践活动，激发学生的创新意愿，提升学生的创新能力，满足学生自主学习和个性发展的需求。
上海在创新实验室建设过程中，坚持把校本化课程体系建设放在首位。课程内容基于学生发展需求，与优秀传统文化、地域特色文化和学校育人理念以及现实生活相联系，或对学科内容进行细分、拓展、深化，或进行跨学科领域综合，具有开放性、生成性和可持续发展性。
创新实验室装备配置基于相关课程内容，注重现代技术与教育教学的有机融合，满足学生动脑、动手，充分体验探究、发现过程的需要，从而提高学生创造性地解决问题的意识和能力。
近年来，上海的万千学子在创新实验室里自主选择、自行设计，充分探索和体验创新的乐趣，由此而点燃的思维火花、创造热情和学习兴趣凝聚而成了巨大能量。上海创新实验室建设是对传统实验室的“变革”与“再造”，它给予学生的不再是预设的“重现”和“验证”，而是一个可以张扬个性、激发兴趣、放飞想象的创新实践平台。
