Fou posat en marxa l’1 d’abril de 2005, i és el supercomputador més potent de l’Estat espanyol i un dels de més potència a Europa. Forma part del grup líder de la infraestructura europea de supercomputació PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Al llarg dels anys hom n’ha augmentat la capacitat i la velocitat de càlcul amb successives versions. La primera versió, el MareNostrum 1, tenia una capacitat de 42,35 teraflops (42,35 billons d’operacions per segon). Aquesta versió inicial fou succeïda pel MareNostrum 2 (94,21 teraflops, que duplicaven el nombre d’operacions per segon), activada el novembre del 2006, pel MareNostrum 3 (1,1 petaflops, completada en 2012-13 i que permetia 1.100 bilions d’operacions per segon) i, a partir del juliol del 2017, pel MareNostrum 4 (13,7 petaflops, equivalent a 13.700 bilions d’operacions per segon).
En aquesta quarta versió, el MareNostrum tenia 165.888 processadors distribuïts en 3.456 nodes. Cada node tenia dos xips Intel Xeon Platinum, amb 24 processadors cadascun. Aquests components li permeteren ser útil per a les disciplines científiques més variades, com la biomedicina, la meteorologia o l’automoció. Disposava d’una capacitat d’emmagatzematge en disc de 14 petabytes i estava connectat a les infraestructures de dades massives del BSC-CNS, que tenien una capacitat total de 24,6 petabytes. Tots els components estaven connectats entre si a través d’una xarxa d’alta velocitat Omnipath. Estava connectat als centres de recerca i universitats europees a través de les xarxes RedIris i Geant, cosa que facilitava la transmissió de dades als investigadors que necessiten utilitzar aquestes infraestructures. El MareNostrum ocupa l’interior de l’antiga capella de la vil·la Torre Girona, al campus nord de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), al barri de Pedralbes de Barcelona. Ha obtingut distincions com ara el premi DataCenter Dynamics (DCD) per la seva qualitat estètica (2017) i el premi a la maquinària més eficient d’Europa i la novena del món per a un dels seus blocs Power 9 en el rànquing Green 500, que reconeix les tecnologies aplicades a la supercomputació més respectuoses amb el medi ambient.
El 21 de desembre de 2023 s’inaugurà el MareNostrum 5, amb un màxim de 314 petaflops i la capacitat de fer fins a 314.000 bilions de càlculs per segon. El MareNostrum 5, que se situa entre els vint supercomputadors més potents del món, s’afegeix a dos sistemes més de l’EuroHPC JU, el Lumi (Finlàndia) i el Leonardo (Itàlia), com els tres únics supercomputadors preexaescala europeus.