L'Istituto ha origini composite, frutto di una antica e illustre tradizione e di una moderna e articolata attività, già evidenti nella sua insolita denominazione, Nato per volere di Ferdinando I de' Medici, come manifattura per la lavorazione di arredi in pietre dure, l'Opificio venne trasformando la sua attività lavorativa, negli ultimi decenni del secolo XIX, in attività di restauro, prima dei materiali prodotti durante la sua plurisecolare storia, per poi ampliare la propria competenza verso materiali affini (lapidei, di mosaico, ecc.).

In seguito alla grande catastrofe dell'alluvione del Novembre 1966 e alla legge istitutiva del Ministero per i Beni Culturali ed Ambientali del 1975, allo storico Opificio vennero annessi tutti i laboratori fiorentini statali di restauro, tranne quelli per i beni architettonici e per i beni archeologici.

Attualmente l'OPD pubblica una rivista annuale ("OPD Restauro"), è sede di una delle due scuole statali di restauro in Italia (l'altra è annessa all'istituto Centrale per il Restauro di Roma), di un museo della produzione artistica in pietre dure, di un laboratorio scientifico, di una biblioteca altamente specializzata nel campo del restauro, di un ricchissimo archivio dei restauri compiuti, di un centro di ricerca sulla climatologia. E' l'unica istituzione in Europa a disporre di 50 restauratori, 6 storici dell'arte, 1 archeologo, 7 esperti scientifici, 4 fotografi.

L'attività dell'istituto si articola per settori di restauro e di ricerca individuati in base ai materiali costitutivi delle opere d'arte. Le sedi dei laboratori sono tre: quella storica di via Alfani (sede inoltre del museo, della biblioteca e della scuola), quella moderna della Fortezza da Basso e quella di Palazzo Vecchio. Molta parte dell'attività si svolge anche all'esterno, sia sotto forma di cantieri operativi che di consulenze tecnico-scientifiche, su tutto il territorio nazionale ed in ambito internazionale.