Từ đầu thế kỷ XVIII những cuộc cải cách của Pyotr Đại đế (người sáng lập Viện Hàn lâm Khoa học Nga và Đại học Quốc gia Sankt Peterburg) và những đóng góp của những người từng tốt nghiệp tại đây như học giả Mikhail Lomonosov (người sáng lập Đại học Quốc gia Moskva) đã giúp nước Nga có được sự phát triển mạnh trong khoa học và phát minh. Trong thế kỷ XIX và XX nước này đã sản sinh ra một lượng lớn các nhà khoa học và nhà phát minh. Nikolai Lobachevsky, một Copernicus trong hình học, đã phát triển hình học phi Euclid. Dmitri Mendeleev phát minh ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, khuôn khổ chính của hoá học hiện đại. Gleb Kotelnikov phát minh ra dù ba lô, trong khi Evgeniy Chertovsky phát minh ra quần áo điều áp. Pavel Yablochkov và Alexander Lodygin là những nhà tiên phong vĩ đại trong kỹ thuật điện và là những nhà phát minh của những đèn điện đầu tiên. Alexander Popov là một trong những người phát minh radio, trong khi Nikolai Basov và Alexander Prokhorov là hai người đồng phát minh ra tia laser và maser. Igor Tamm, Andrei Sakharov và Lev Artsimovich đã phát triển ý tưởng tokamak để kiểm soát phản ứng tổng hợp hạt nhân và tạo ra nguyên mẫu đầu tiên của nó, sau này dẫn tới dự án ITER. Nhiều nhà khoa học và phát minh nổi tiếng của Nga là người di cư, như Igor Sikorsky và Vladimir Zworykin, và nhiều nhà khoa học nước ngoài cũng đã làm việc ở Nga một thời gian dài như Leonard Euler và Alfred Nobel.

Các thành tựu lớn nhất của Nga thuộc lĩnh vực công nghệ vũ trụ và thám hiểm vũ trụ. Konstantin Tsiolkovsky là cha đẻ của lý thuyết hàng không vũ trụ[140]. Các tác phẩm của ông đã tạo cảm hứng cho những kỹ sư tên lửa hàng đầu của Liên xô như Sergey Korolyov, Valentin Glushko và nhiều người khác đóng góp vào sự thành công của Chương trình Vũ trụ Liên xô ở những giai đoạn đầu của cuộc Chạy đua vào không gian. năm 1957 vệ tinh nhân tạo đầu tiên bay quanh Trái Đất, Sputnik 1, được phóng lên; năm 1961 ngày 12 tháng 4 chuyến bay đầu tiên của loài người vào vũ trụ đã được Yuri Gagarin thực hiện thành công; và nhiều người Liên xô và Nga khác đã thực hiện kỷ lục thám hiểm vũ trụ. Từ năm 1999 đến 2009 Nga là nước phóng tên lửa nhiều nhất, 245 tên lửa có tải trọng lên quỹ đạo thành công so với 218 của Mỹ [141] và cũng là nước duy nhất cung cấp các dịch vụ du lịch vũ trụ.[cần dẫn nguồn]

Thủ tướng Dmitry Medvedev đã lên tiếng cảnh báo rằng Nga đang mất dần danh tiếng và tiền của do các dự án vũ trụ thất bại, sau khi không thể đưa 2 vệ tinh lên quỹ đạo tháng 8/2012. Vụ phóng đã thất bại gây tổn thất lớn cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ Nga. Một sự cố tương tự năm 2011 đã khiến Nga mất một vệ tinh thông tin trị giá 265 triệu USD. Nga cũng từng thất bại trong vụ phóng tàu thăm dò Sao Hỏa Phobos-Grunt.[142] Ông Medvedev cũng cho rằng: "Chẳng cường quốc không gian nào lại chứng kiến nhiều vụ phóng vệ tinh và phi thuyền hỏng như Nga". Vì thế ông quyết định chấn chỉnh lại ngành công nghiệp vũ trụ của Nga[143] cũng như tiếp tục các chương trình thám hiểm Sao Hỏa khác[144][145] và đã hoàn thành chương trình Mars-500 để thu thập thêm nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực đưa người lên Sao Hỏa[146] Đây là dự án quốc tế của Nga, EU (Liên hiệp châu Âu) và Trung Quốc nhằm nghiên cứu khoa học - kỹ thuật và tâm sinh lý của một toán phi hành gia quốc tế 6 người trên một chuyến bay giả định dài 520 ngày lên sao Hỏa và đi bộ trên đó.[147]

Sau khi Liên Xô sụp đổ, chính sách của Hoa Kỳ khuyến khích các cơ quan chính phủ và các công ty hàng không vũ trụ mua hàng của Nga và giữ cho các kỹ sư Nga bận rộn nhằm ngăn họ làm việc cho các quốc gia thù địch với lợi ích của Hoa Kỳ.[148] Nga hiện đang là một trong số các nhà cung cấp động cơ tên lửa vũ trụ cho Hoa Kỳ. Vì lý do an ninh quốc gia, Hoa Kỳ yêu cầu phải có ít nhất hai hệ thống phóng. Không quân Hoa Kỳ và NASA hiện đang dựa chủ yếu vào ba loại tên lửa là Delta IV và Atlas V được điều hành bởi ULA và Falcon 9 của SpaceX, trong đó riêng tên lửa Atlas V hiện đang sử dụng động cơ được thiết kế và chế tạo từ Nga là RD-180.[149] Bởi vì chi phí hoạt động Atlas V rẻ hơn Delta IV nên Delta IV được dành riêng để sử dụng với các tải trọng và quỹ đạo khó hơn mà Atlas V không thể xử lý được.

Dù đang cố phát triển động cơ riêng nhưng tập đoàn tên lửa vũ trụ của Nga Energomash cho rằng từ khâu thử nghiệm cho đến khi sản xuất thành công là khoảng thời gian rất dài, Hoa Kỳ sẽ cần trên 3 tỷ USD và khoảng thời gian 10 năm để sản xuất thay thế các động cơ Nga. Vì thế họ cho rằng Mỹ vẫn sẽ nhập động cơ tên lửa từ Nga cho dù có bị cấm[150] và mẫu nâng cấp của Antares sẽ được trang bị các động cơ này[151].

Các công nghệ khác, nơi người Nga có lịch sử phát triển, gồm công nghệ hạt nhân, sản xuất máy bay và công nghệ quốc phòng. Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên cùng các lò phản ứng hạt nhân đầu tiên cho tàu ngầm và tàu hoạt động trên mặt nước nằm dưới sự chỉ đạo của Igor Kurchatov. Một số nhà kỹ thuật hàng không nổi bật của Liên xô, có cảm hứng từ các tác phẩm lý thuyết của Nikolai Zhukovsky, đã giám sát việc chế tạo hàng chục model máy bay quân sự và dân sự và đã thành lập một số KBs (Phòng thiết kế) hiện là thành phần chủ yếu của Liên đoàn Hàng không Hợp nhất. Các máy bay nổi tiếng của Nga gồm máy bay chở khách siêu thanh đầu tiên Tupolev Tu-144 của Alexei Tupolev, loạt máy bay chiến đấu MiG của Artem Mikoyan và Mikhail Gurevich, và loạt máy bay Su của Pavel Sukhoi cùng những người kế tục ông. Những xe tăng chiến trường nổi tiếng của Nga gồm T-34, thiết kế xe tăng theo kênh Discovery là loại tốt nhất của Thế chiến II,[152] và các xe tăng khác thuộc loạt T. Súng AK-47 và AK-74 của Mikhail Kalashnikov là loại súng tấn công được sử dụng rộng rãi nhất tên thế giới - tới mức các khẩu súng thuộc kiểu AK đã được chế tạo nhiều hơn tất cả các loại súng tấn công khác cộng lại.[153][154]

Dù có những thành tựu công nghệ, từ thời trì trệ Brezhnev, Nga đã tụt hậu so với phương Tây trong một số ngành kỹ thuật, đặc biệt là trong tiết kiệm năng lượng và sản xuất hàng tiêu dùng. Cuộc khủng hoảng kinh tế hồi những năm 1990 đã khiến khoản hỗ trợ cho khoa học của nhà nước sụt giảm mạnh. Nhiều nhà khoa học và những người có trình độ của Nga đã đi sang châu Âu hay Hoa Kỳ; cuộc di cư này được gọi là một cuộc chảy máu chất xám. Những năm 2000, với làn sóng bùng nổ kinh tế, tình hình khoa học và công nghệ ở Nga đã được cải thiện, và chính phủ đã tung ra một chiến dịch với mục tiêu hiện đại hoá và cải tiến. Tổng thống Nga Dmitry Medvedev đã đưa ra 5 ưu tiên hàng đầu cho việc phát triển công nghệ của đất nước: hiệu quả năng lượng, IT (gồm cả các sản phẩm thông thường và các sản phẩm kết hợp với công nghệ vũ trụ), năng lượng hạt nhân và dược.[155] Mặc dù là nhà xuất khẩu hàng công nghiệp nặng hàng đầu thế giới và đang đạt được những tiến bộ về phần mềm, nhưng các sản phẩm hàng tiêu dùng của Nga lại thiếu tính cạnh tranh trên trường quốc tế do đơn điệu về mẫu mã. Cải thiện về năng suất sẽ chủ yếu xuất phát từ công nghệ mới và đầu tư vốn hiệu quả, hai điều mà Nga đang thiếu.[156]

Một số thành tựu mới đã xuất hiện, với việc nước Nga đã hoàn thành GLONASS, một trong 4 hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cùng với GPS của Mỹ, Hệ thống định vị Bắc Đẩu của Trung Quốc và Hệ thống định vị Galileo của châu Âu. Trong giai đoạn 2003-2014, 75-80% linh kiện điện tử dùng cho vệ tinh Glonass-M phải mua từ các nước phương Tây.[157] Chính phủ Nga đã phải tính đến khả năng dừng chế tạo vệ tinh GLONASS-K do không có các linh kiện đồng bộ từ nước ngoài sau khi phương Tây cấm xuất khẩu linh kiện cho Nga[158] Năm 2016, Nga đã lập kế hoạch đến năm 2024 sẽ tự sản xuất toàn bộ các linh kiện vệ tinh để tránh việc phải phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu. Năm 2019, Nga bắt đầu sản xuất các vệ tinh Glonass-K2, được phát triển bởi ISS Reshetnev (Hệ thống vệ tinh thông tin Reshetnev). Trong khi GLONASS-K có tới 90% thiết bị điện tử nhập từ nước ngoài thì GLONASS-K2 mới sẽ sử dụng toàn bộ các thành phần làm tại Nga, đồng thời Glonass-K2 sẽ có tuổi thọ hoạt động cao hơn 3 năm. Theo kế hoạch, 20 vệ tinh thế hệ mới "Glonass-K2" sẽ được phóng trong giai đoạn 2020-2031[159]

Nga là nước duy nhất xây dựng nhà máy điện hạt nhân di động và hiện đang là nước đi đầu trong nghiên cứu nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ 5 [cần dẫn nguồn] (loại này có hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu hạt nhân vượt trội so với các nhà máy thế hệ trước, giúp việc sản xuất điện không tạo ra hoặc chỉ tạo ra rất ít chất thải phóng xạ)[cần dẫn nguồn]. Nga cũng cho ra đời các thiết kế quân sự mới như máy bay tàng hình Su-57, xe tăng T-14 Armata...

Do sự phân công sản xuất từ thời Liên Xô nên sau khi Liên Xô tan rã, một số nhà máy công nghiệp chủ chốt lại thuộc về nước khác chứ không thuộc về Nga, do vậy Nga bị thiếu khả năng sản xuất trong một số lĩnh vực (ví dụ như các nhà máy đóng tàu lớn thời Liên Xô hiện nay thuộc về Ucraina, nên Nga phải mua động cơ tàu biển từ nước này)[cần dẫn nguồn]. Trung Quốc cũng bắt đầu bán cho Nga các sản phẩm phục vụ mục đích quân sự. Tốc độ nhập khẩu tăng trưởng nhanh khi Trung Quốc bán cho Nga không chỉ các động cơ diesel, mà cả những thiết bị dành cho các tàu hỗ trợ quân sự. Đến năm 2017, doanh thu tiếp tục tăng và đó chỉ là sự khởi đầu vì trong tương lai Nga sẽ mua các thiết bị công nghệ từ Trung Quốc nhiều hơn nữa. Nga không thích ý tưởng mua sản phẩm của Trung Quốc mà muốn sản phẩm phương Tây, nhưng ngay khi phương Tây trừng phạt Nga, họ ngay lập tức phải quay sang mua hàng từ Trung Quốc.[160]

Trong lĩnh vực nghiên cứu các nguyên tố siêu nặng, Nga vẫn dẫn đầu thế giới khi lần đầu tiên thực hiện tổng hợp thành công 6 nguyên tố nặng nhất với số nguyên tử từ 113 đến 118. Đó là thành tựu 10 năm nghiên cứu (2000-2010) của các chuyên gia thuộc phòng thí nghiệm vật lý Flerov tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Dubna gần Moscow. Hai nguyên tố trong số đó đã được Hiệp hội Hóa học cơ bản và hóa học ứng dụng Quốc tế (IUPAC) chính thức công nhận với hai cái tên Flerova (114) và Livermore (116).

Năm 2006, các nhà khoa học Nga đã tạo ra sự phát xạ ánh sáng mạnh nhất trên thế giới dựa trên công nghệ PEARL (Petawatt Parametric Laser) được tạo ra trong Viện vật lý ứng dụng Nizhny Novgorod thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga, dựa trên kỹ thuật khuếch đại tham số ánh sáng trong các tinh thể quang học phi tuyến. Công nghệ này có thể tạo ra xung động điện mạnh đến 0,56 petawatt, gấp hàng trăm lần công suất của tất cả các nhà máy điện trên thế giới cộng lại (1 petawatt = 1 triệu gigawatt). Các nhà khoa học Nga cũng tạo được từ trường nhân tạo mạnh chưa từng có, đạt đến 28 megagausses, gấp hàng trăm triệu lần so với từ lực của từ trường Trái Đất

Năm 2015, một nhà khoa học Nga là Vladimir Leonov tuyên bố đã thử nghiệm thành công một mẫu thử nghiệm động cơ lượng tử có hiệu suất mạnh gấp 5.000 lần động cơ tên lửa thông thường, sẽ tạo ra cuộc cách mạng khoa học - kỹ thuật trong thế kỷ XXI, tương tự cuộc cách mạng công nghệ thông tin trong thế kỷ XX. Động cơ lượng tử có thể đưa khí tài bay chuyển động với tốc độ 1000 km/giây, trong khi tốc độ tên lửa thông thường chỉ đạt tới mức tối đa 18 km/giây, nghĩa là tàu vũ trụ có thể bay tới sao Hỏa trong vòng 42 giờ, và tới Mặt trăng chỉ mất 3,6 giờ. Năng lượng cung cấp cho động cơ đến từ phản ứng nhiệt hạch lạnh (CNF): một kg nickel cho năng lượng tương đương một triệu kg xăng. Dùng động cơ này, máy bay sẽ chỉ cần nạp năng lượng một lần để bay trong vài năm. Thành tựu kỹ thuật này là kết quả vận dụng Lý thuyết siêu liên kết do các nhà khoa học Nga xây dựng nên.[161].

Ngày 11-8 năm 2020, Tổng thống Vladimir Putin đã phê duyệt vaccine COVID-19 đầu tiên trên thế giới do Trung tâm Nghiên cứu quốc gia về dịch tễ và vi sinh vật học Gamaleya của Nga phát triển.[162]

Theo tờ báo Kommersant, các cơ quan chính phủ và công ty nhà nước của Nga phải mua 700.000 PC và 300.000 máy chủ mỗi năm, trị giá tương ứng là 500 triệu USD và 300 triệu USD. Trong nỗ lực thúc đẩy năng lực tự sản xuất vi xử lý cho máy tính và máy chủ của các cơ quan nhà nước, Nga sẽ sớm thay thế các vi xử lý của Intel và AMD bằng vi xử lý nội địa Baikal.[163] Tuy nhiên Nga buộc phải đặt hàng sản xuất vi xử lý này tại nhà máy TSMC của Đài Loan do doanh nghiệp Mikron ở Zelenograd, doanh nghiệp phát triển nhất về mặt này ở Nga chỉ có thể sản xuất hàng loạt vi xử lý 90 nm.[164]