科学城的发展主要经历了4个发展阶段。筑波科学城成立之初主要是为了承接东京的部分城市职能，缓解东京的人口压力。政府决定将教育机构和国家研究机构转移至科学城。相关的工作人员也随着这些机构进行搬迁，这起到一定的人口疏解作用。随着搬迁安置工作的进行，越来越多的政府研究机构搬迁至筑波科学城，同时新成立了部分政府研究机构，还吸引了一些非政府研究机构的入驻。在此期间，科学城产出了大量的科技成果。2001年起，日本政府相继实施“产业集群计划”和“知识集群计划”，这为筑波科学城提供了一次快速发展的契机。“产业集群计划”旨在营造良好的区域环境条件，推进大规模、不间断的创新，支持创新企业和具有潜在国际竞争力的中小企业快速成长，形成产业集群。2002年实施的“知识集群计划”，旨在根据各地的区域规划，由当地富有潜力并具有自己研发主题的高校和其他机构形成集群，实现研究成果和实际利用相结合。在这2个计划中，筑波科学城的定位为生物技术和环境技术的发展基地。2010年，日本政府发布了《新成长战略》，旨在发展日本的创新经济，摆脱日本经济长期处于低迷状态的困境。“国际战略综合特区”就是在此基础之上而进行的国家项目之一。筑波国际战略综合特区作为七大国际战略综合特区之一，重点发展生命科学创新和绿色生物技术创新领域，推动下一代抗癌药物的实用研发和生活型机器人的应用研发，以及藻类生物质能实用转化和世界级纳米技术研发基地建设，建立能够促进诞生更多新产业、新业态的新机制和新体系。这为筑波科学城的发展又带来了新一轮的挑战和机遇。