Das Internationale Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR) führte 2008 eine Studie im Auftrag des BMU durch, um die Struktur der Windenergieforschung in Deutschland zu ermitteln. Ein wesentliches Ergebnis war die Feststellung, dass diverse Akteure sich mit der Windenergie beschäftigten, aber eine – auch im internationalen Wettbewerb notwendige – Bündelung und Koordination fehlte. In Nachbarländern bestanden teilweise schon seit Jahrzehnten Großforschungseinrichtungen, die in bestimmten Bereichen sehr industrienah arbeiteten.
Das Fraunhofer IWES wurde 2009 daher als zentrale Forschungseinrichtung gegründet und erhielt den Auftrag, Aktivitäten in der Schwerpunktregion Nordwest zusammenzuführen und weiterzuentwickeln. Das Institut sollte darüber hinaus den Aufbau und Betrieb von Großprüfständen für industrierelevante Prüfungen leisten und entsprechende Methodenkompetenz entwickeln.
Als Keimzelle diente das CWMT – eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer IFAM und des Fraunhofer LBF. Dieses Vorgänger-Institut wurde zu einem eigenständigen Fraunhofer-Institut ausgebaut. Unter seinem Dach wurden dann die Nordwest-Standorte mit einem Maschinenbau-Schwerpunkt und der Standort Kassel mit den Schwerpunkten Netzintegration und Speicherung vereint.
Eine institutionelle Verknüpfung mit den Aktivitäten des Forschungszentrums ForWind - und damit mit den Universitäten Hannover, Oldenburg und Bremen - stärkte die Präsenz in den Bundesländern Bremen und Niedersachsen. In einem Kooperationsvertrag wurden Aktivitäten zur gemeinsame Weiterentwicklung der Windenergieforschung in der Region vereinbart. Die Zusammenarbeit wird bis heute im Rahmen des Forschungsverbundes Windenergie fortgeführt, zu dem als dritter Partner im Jahr 2012 das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) hinzukam.
Zur Finanzierung des Institutsaufbaus wurden vom BMU Finanzmittel auf Projektbasis in Höhe von 25 Millionen Euro bis zum Jahr 2013 zugesagt. Weitere Mittel für den Ausbau der Infrastruktur und kleinerer Aufbauprojekte kamen von den Ländern Bremen und Niedersachsen und von der Fraunhofer-Gesellschaft.