تعد الولايات المتحدة رائدة في مجال البحث العلمي والابتكار التكنولوجي منذ أواخر القرن التاسع عشر حيث حصل 353 أمريكي على جائزة نوبل من مختلف المجالات، و317 جائزة في المجالات العلميّة والطبيّة. في عام 1876، منح ألكسندر غراهام بيل أول براءة اختراع للهاتف. كما اخترع توماس إديسون الفونوغراف وأول مصباح كهربائي طويل الأمد وأول كاميرا فيديو عملية. يعتبر نيكولا تسلا رائداً في التيار المتناوب ومحرك التيار المتناوب والراديو. في أوائل القرن العشرين، طورت شركات السيارات مثل رانسوم أي أولدز وهنري فورد خط التجميع. وفي عام 1903، قامت شركة الأخوان رايت بالقيام بأول رحلة طيران أثقل من الهواء.
دفع ظهور النازية في الثلاثينيات من القرن الماضي العديد من العلماء الأوروبيين، بما فيهم ألبرت أينشتاين وإنريكو فيرمي، إلى الهجرة إلى الولايات المتحدة. خلال الحرب العالمية الثانية، طور مشروع مانهاتن الأسلحة النووية، فاتحاً المجال أمام عصر الذرة. أدى سباق الفضاء إلى تقدم سريع في إنتاج الصواريخ وعلوم المواد والكمبيوتر. كما طورت الولايات المتحدة أربانت وشبكة الإنترنت التي تلتها. يمول القطاع الخاص حالياً النسبة الأكبر من الأبحاث والتطويرات عند 64%. تَتَصَدَّر الولايات المتحدة العالم من حيث عدد أوراق البحث العلمي وعامل التأثير. يملك الأمريكيون مستويات عالية من السلع الاستهلاكية التكنولوجية، كما أن نصف الأسر الأمريكية لديها إمكانية الاتصال بالإنترنت عبر حزم الاتصال عريضة النطاق. تعد الولايات المتحدة البلد الرئيسي لتطوير مزارع الأغذية المعدلة وراثياً، حيث يقع في الولايات المتحدة أكثر من نصف أراضي العالم المزروعة بالمحاصيل المعدلة وراثياً.
حلّت الولايات المتحدة المركز الثالث في مؤشر الابتكار العالمي أعوام 2023 و2024 و2025،
وحلت في المركز الثالث من حيث عدد التصاميم الصناعية المقدمة وفق مراجعة لاهاي لعام 2025.