Répartis en sept collèges, ses quarante-neuf membres bénévoles de sensibilités différentes représentent toutes les composantes de la « chaîne alimentaire » : associations de consommateurs et d’usagers, producteurs agricoles, secteurs de la transformation et de la distribution, restauration collective, salariés de l’agriculture et de l’agro-alimentaire et personnalités qualifiées. Ils sont nommés par arrêté pour une durée de trois ans renouvelable. Dans les faits, environ 40% de ses membres sont renouvelés à l’issue de chaque mandat. Les établissements publics de recherche et d’évaluation scientifique, les représentants des collectivités territoriales, ainsi que tous les ministères concernés, en sont membres de droit. Peuvent également être appelées à participer aux travaux du Conseil toute personnalité, ou représentant de l’administration,dont la présence est justifiée par l’ordre du jour. Son secrétariat est assuré par la direction générale de l'alimentation.

Instance consultative indépendante ayant vocation à aider les décideurs publics et privés à « gouverner » le secteur de l’alimentation, le Conseil ne se substitue pas aux instances qualifiées en matière scientifique, notamment dans les domaines de l’évaluation, ni aux instances d’orientation économique. Il peut néanmoins les consulter sur les questions relevant de leur compétence pour assurer sa mission de dialogue, de concertation et de proposition afin de déterminer des objectifs favorisant la mise en œuvre d’actions convergentes de la part de tous les acteurs. Son prisme d’examen est avant tout l’approche socio-économique à partir des réalités du monde des professionnels, des attentes et préférences des consommateurs. Ses modalités de fonctionnement sont précisées dans l'arrêté du 12 mai 2010.

Sur la base d'une concertation permanente entre l'ensemble de ses membres, le CNA s’efforce de faire converger les positions des différents collèges, avec le souci permanent d’aboutir à la synthèse la plus consensuelle possible. Pour ce faire, dès qu’il est saisi par les pouvoirs publics, ou par son président, le CNA, qui tient des réunions plénières environ tous les deux mois, constitue un groupe de travail présidé par l’un de ses membres, mais dont le rapporteur peut être une personnalité extérieure.

Le groupe, composé de membres de « sensibilités différentes », se réunit alors régulièrement pour préparer, avant soumission à la formation plénière, un projet de rapport et d’avis. Selon la nature des sujets à traiter, la durée entre l’adoption du mandat et le vote de l’avis et des recommandations est compris entre six et dix huit mois.

Lorsque les positions exprimées par les différents collèges révèlent des antagonismes de nature à faire durablement obstacle au consensus, le CNA retient la formulation qui recueille l’appréciation dominante. Les positions divergentes sont néanmoins mentionnées explicitement dans  l’avis adopté  par le Conseil. Une fois votés en séance plénière les avis du CNA sont rendus publics, et largement diffusés.

Présidé successivement par le Professeur Jean-Jacques BERNIER jusqu’en 1995, par le Professeur Christian CABROL jusqu’en 1999, par Christian BABUSIAUX, Président de la première chambre de la Cour des comptes et ancien Directeur général de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes jusqu’en 2003 puis par Philippe GUERIN, Ingénieur général du génie rural, des eaux et des forêts, et ancien Directeur général de l’alimentation, de 2003 à 2009, ce poste est aujourd'hui occupé par Bernard VALLAT, Directeur général de l'OIE.

Depuis sa création en 1985. le CNA a émis 67 avis Parmi ceux-ci on rappellera que, dès 1994, un avis avait été rendu sur l’alimentation des plus démunis, et qu’en 2002 le Conseil s’était penché sur les liens entre exclusion sociale et alimentation ; que l’avis n°16 de 1995 concluait déjà que « seule une alimentation diversifiée assure un bon équilibre nutritionnel » ; ou, enfin, qu’en 2001 les travaux du conseil avaient porté sur l’étiquetage des aliments et ingrédients constitués d’OGM ou issus d’OGM.

Sollicité en décembre 2009 par le Ministre de l’Alimentation, de l’Agriculture et de la Pêche, au nom du Gouvernement, le CNA a rendu, le 17 juin 2010, son rapport pour la mise en œuvre du Programme national pour l’alimentation (PNA) prévu dans  le cadre de la loi de modernisation de l’agriculture et de la pêche.

 Le Conseil se réunit en séance plénière environ tous les deux mois, dont une fois par an en région dans le cadre d’un partenariat avec les collectivités territoriales, l'enseignement supérieur agricole et les organismes de recherche. A cette occasion la séance plénière est suivie d’un forum ouvert au public traitant d’un thème en relation avec l’alimentation.

Enfin, le CNA fait régulièrement un point sur les suites données à ses avis et recommandations.