本实验室于2009年1月经教育部批准成立，依托北京师范大学建设，为省部级重点实验室。实验室主任为陈木法院士（中国科学院院士、第三世界科学院院士，曾获国家自然科学奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等13项奖励）。
实验室现有固定人员82人，其中教授37人，副教授27人，96%以上教师拥有博士学位。拥有中国科学院院士2人，第三世界科学院院士1人，长江学者奖励计划教授/讲座教授5人，国家杰出青年基金获得者4人，百千万人才工程国家级人选2人，国家级教学团队1个。概率论研究方向为全国首个数学科学国家自然科学基金创新群体，连续3年获得9期资助。
实验室科研实力雄厚，承担国家"973"重大研究项目、国家自然科学基金重点项目等多项国家级科研项目，多次获得国家、教育部、北京市奖励，如王梓坤院士、陈木法院士先后获得"何梁何利基金科学与技术进步奖"，"调和分析与流形的几何"团队获得"教育部长江创新团队"等。

本实验室作为科技创新体系的重要组成部分，依托概率论、调和分析、几何拓扑、微分方程、科学计算与应用数学以及数学教育六个研究方向，为数学学科发展及相关领域提供以下服务：
1.数学建模服务：为复杂系统、工程技术、金融经济等领域建立数学模型，提供理论分析与数值模拟支持
2.统计分析与计算服务：针对大规模数据和复杂系统，提供专业的统计分析方法、科学计算方案及结果解读
3.概率论与随机分析服务：依托全国首个数学科学国家自然科学基金创新群体，提供随机过程、概率统计等方面的理论研究与技术咨询
4.几何与拓扑应用服务：开展调和分析、几何拓扑、微分方程等领域的基础理论研究，并提供在相关学科交叉应用中的技术支持
5.数学教育与人才培养服务：依托国家级教学团队，提供数学教育研究、课程开发及高层次人才培养服务