Význam celní chemie se projevil již po vzniku samostatného Československa, a to v souvislosti s vyměřováním a placením cla. Předchůdce celně technické laboratoře vznikl 12.července1923 na základě 
vládního nařízení č.141/1923 Sb. , kterým byla v Praze zřízena Chemicko-technická zkušebna finanční správy. Úkolem této zkušebny bylo provádět analytické a mikroskopické rozbory, zkoušení, zkoumání a ohledávání surovin, výrobků a zboží všeho druhu na příkaz ministerstva financí nebo na žádost úřadů i jednotlivců. Zkušebna prováděla rozbory a vydávala odborné posudky zcela samostatně, přičemž zvláštní ceník určoval poplatky za provedené rozbory a znalecké posudky.
Zkušebna sídlila v ulici Poříč č. 4, v budově Zemského finančního ředitelství v Praze. V roce 1931 bylo z důvodů „rostoucích obtíží ze stoupajícího rozvoje laboratoře i závad zdravotních“ rozhodnuto vybudovat novou budovu na pozemku v blízkosti České vysoké školy technické. Tato stavba však nebyla realizována, a proto byla zkušebna přestěhována v roce 1935 do Trojanovy ul. č.13.
V době „protektorátu“ byla celní hranice vůči „říši“ zrušena a byly zavedeny říšskoněmecké předpisy o clech. Na základě nařízení ze dne 16. září 1940 byla zkušebna přičleněna do nově zřízených úřadů Celní správy, přičemž její samostatnost zůstala zachována. Po roce 1945 byla pak přejmenována na základě Dekretu prezidenta republiky ze dne 27.10.1945 na Chemicko-technický ústav finanční správy v Praze. Funkční byla až do roku 1956, kdy byla zrušena.
V letech 1956 až 1990 byla činnost celní laboratoře přerušena, protože tehdejší státní uspořádání a organizace hospodářství nevyžadovaly podporu volného obchodu ani složité celní kontroly. Československá ekonomika byla řízena centralizovaným socialistickým plánováním, které určovalo objem i charakter zahraničního obchodu. Veškerý zahraniční obchod byl pod přímou kontrolou státu, realizován přes specializované státní podniky zahraničního obchodu, a tudíž nebylo potřeba provádět celní klasifikace ani zkoumání zboží tak, jak to známe dnes.
Obnovení činnosti celní laboratoře přišlo až po roce 1990, kdy se československá ekonomika začala otevírat mezinárodnímu trhu a kdy bylo nutné přizpůsobit celní a daňový systém novým podmínkám volného obchodu a harmonizovat ho s evropskými standardy. Od 1.1.1990 došlo k úplnému uplatnění cel, které si v daleko větší míře vyžádalo vydávání kvalifikovaných rozhodnutí o celně tarifním zařazení zboží. Proto bylo v květnu 1990 rozhodnuto o zřízení celně technických laboratoří. První laboratoř vznikla ještě v témž roce v Praze.
Už při znovuzrození celní laboratoře byla přijata koncepce několika celních laboratoří v rámci Československa. Měla to být pracoviště v Ústí nad Labem, Brně, Bratislavě a Košicích. Po rozdělení na Česko a Slovensko naši slovenští kolegové zůstali u jedné celní laboratoře v Bratislavě, zatímco česká celní laboratoř se rozhodla pro více vzájemně propojených laboratoří. Koncem roku 1994 a v průběhu prvního pololetí 1995 byly postupně zprovozněny oblastní celní laboratoře (OCTL) v sedmi regionech v rámci tehdejších celních ředitelství, které nejprve řídila Ústřední celně technická laboratoř (ÚCTL) v Praze a od roku 1996 útvar Řízení celně technických laboratoří (ŘCTL) jako samostatné oddělení GŘC, které odborně, metodicky, technicky a organizačně řídilo CTL jako celek.
Celně kriminalistické pracoviště (CKP), které je v současné době součástí CTL, bylo zřízeno na GŘC v roce 1997 jako součást odboru boje proti podloudnictví. CKP se specializuje na grafickou diagnostiku, zaměřenou na odhalování padělků a úprav cenin, etiket a ochranných známek. Součástí práce jsou i mechanoskopie a trasologie – obory, které pomáhají prověřovat pravost a neporušenost celních uzávěr a otisků.
Přirozeným vyústěním rozvoje CTL, rozšiřujících se kompetencí celní správy a s ohledem na vyskytující se soudní spory zpochybňující laboratorní zkoušení se stala nutnost akreditace CTL. V říjnu 1997 získala CTL jako jedna z prvních státních laboratoří akreditaci zkušební laboratoře od Českého institutu pro akreditaci, o.p.s. (ČIA) dle ČSN EN ISO/IEC 17025, což potvrdilo její vysokou odbornou úroveň. Na akreditaci zkušební laboratoře navázala certifikace celého systému řízení kvality podle ČSN EN ISO 9001 a do řízení laboratoře byl aplikován procesní přístup. První certifikaci CTL provedla společnost RWTÜV (nyní TÜV NORD Czech) v roce 1999.
Rok 2002 přinesl dramatickou zkoušku – záplavy zničily nejvýznamnější pracoviště CTL v Praze. V roce 2004 byla otevřena nová budova CTL při Generálním ředitelství cel (GŘC) v Praze. Tento rok byl navíc přelomový: Česká republika vstoupila do Evropské unie a Celní správa se stala správcem spotřebních daní (SPD), což vedlo ke změně struktury analyzovaných vzorků.
Mezi lety 2004 a 2008 laboratoř postupně měnila své zaměření a začala se více orientovat na kontroly zboží podléhající spotřební dani a na kontrolu v rámci Společné zemědělské politiky EU. V roce 2008 Celní technická laboratoř významně rozšířila certifikaci ISO 9001 – nově pokryla nejen laboratorní činnosti, ale také samotný proces odběru vzorků, který zajišťují celníci vzorkaři a vzniklo celkem osm koordinátorů odběru vzorků. Tento krok výrazně posílil a sjednotil postupy práce se vzorky v rámci celé Celní správy.
V roce 2009 byla zavedena úsporná opatření, která si vyžádala zásadní rozhodnutí: došlo k utlumení činností na regionálních pracovištích v Brně, Českých Budějovicích a Plzni. Tato regionální centra byla dlouhá léta součástí sítě CTL, ale z ekonomických důvodů bylo rozhodnuto o jejich uzavření. Činnost všech tří regionálních laboratoří byla oficiálně ukončena k 31. prosinci 2009.
V roce 2012 sehrála Celní technická laboratoř klíčovou roli při řešení metanolové kauzy, která odstartovala éru terénního testování vzorků – tedy mobilní diagnostiky. Poprvé v historii Celní správy byl tehdy nasazen Ramanův spektrometr, umožňující identifikaci nebezpečného metanolu přímo přes skleněné obaly lihovin. Rostoucí význam a postupné rozšiřování těchto mobilních technologií nakonec v roce 2016 vedly ke vzniku specializovaného referátu v CTL – referátu mobilní diagnostiky a vývojových činností.
Rok 2013 přinesl velkou reorganizaci Celní správy – vzniklo 15 nových celních úřadů, u nichž byla zároveň zřízena síť patnácti koordinátorů pro odběr vzorků. Od roku 2013 se začíná stále více rozšiřovat zaměření laboratoře na testování omamných a psychotropních látek.
V období 2017 až 2019 dochází k významnému rozšiřování činností laboratoře v oblastech zkoušení nebezpečných látek a pozornost laboratoře se soustředila zejména na fentanyl, který se stal hrozbou v celé EU. Rok 2018 přinesl zavedení programu vzdálené diagnostiky ve spolupráci s Celním úřadem Ruzyň, a v roce 2019 došlo k inovaci výcviku vzorkařů díky založení odběrové laboratoře ve školícím středisku Celní správy Jíloviště. Stejný rok byl zaveden také nový specializační kurz mobilní diagnostiky.
Během pandemie Covid-19 (2020–2021) se Celně technická laboratoř musela vypořádat s řadou nových výzev. Zajišťovala zkoušení respirátorů a zároveň musela zajistit nepřerušený chod laboratorních činností, a to i při omezeném personálním režimu a střídání směn. Bylo nezbytné koordinovat práci laboratoře na dálku, přičemž některé typy zkoušek byly poprvé realizovány v distančním režimu. Laboratorní provoz nebylo možné zastavit zejména z důvodu nárůstu poptávky po lihových dezinfekčních prostředcích, kde bylo nutné provádět kontroly denaturace u nově zapojených výrobců.
V roce 2021 došlo k další organizační změně zaměřené na optimalizaci činností koordinátorů odběru vzorků. Jejich počet byl zredukován na deset, což bylo vyhodnoceno jako dostatečné pro pokrytí území celé České republiky. Tím se zároveň podařilo sjednotit různorodé požadavky jednotlivých celních úřadů – došlo ke sloučení územní působnosti KOV u celních úřadů s velkým i malým objemem činností. Tento krok přinesl efektivnější využití zdrojů a zlepšení vzájemné komunikace. V červenci 2025 bylo toto členění potvrzeno prakticky shodným organizačním uspořádáním transformované Celní správy, která byla nově strukturována na Generální ředitelství cel a šest celních úřadů.
V roce 2023, CTL oslavila své významné 100leté výročí – sté výročí odborné a kvalitní práce, která má význam nejen na národní, ale i evropské úrovni.
V roce 2025 zaznamenává CTL Ostrava další rozvoj. Rozšiřuje svou činnost především v oblasti testování zakázaných látek, zejména syntetických omamných a psychotropních látek. V CTL díky podpoře z evropských fondů dochází k významné modernizaci zkušebních zařízení.
Dobré fungování CTL se nedostalo pouze do podvědomí Celní správy, ale i ostatních orgánů státní správy. CTL dále spolupracuje s výzkumnými ústavy, vysokými školami, odbornými výzkumnými a vědeckými úseky průmyslu, ale i na mezinárodní úrovni zejména v rámci činnosti koordinační skupiny evropských celních laboratoří (CLEN)
