中国科学院化学研究所历经数十年的发展，其历史轨迹中见证了多个重要阶段。1958年，为了深化特定学科研究，研究所催生了青海盐湖所的诞生；而在1975年，感光化学所和生态环境中心相继成立，进一步拓展了研究领域。在业务人才的流动中，成都有机所成立时，化学所输送了十几位业务精英加入其中，强化了科研实力。
1963年，化学所的有机氟研究部门并入了上海有机所，这一举措对于技术转移和资源整合起到了关键作用。1994年，化学研究所被国家科技部和中国科学院选定为基础性研究改革的试点单位，标志着其在科研政策改革中的重要地位。1998年，化学所作为首批进入中国科学院创新工程的试点单位，进一步推动了科技创新的进程。
1999年3月，中国科学院分子科学中心宣告成立，这是化学研究所科研体系深化和专业化发展的重要里程碑。2003年11月，科技部批准化学所与北京大学合作，共同组建了北京分子科学国家实验室，这一举措将化学研究所的科研能力提升到了国际领先水平，为我国的科学研究和人才培养奠定了坚实基础。
中国科学院化学研究所隶属于中国科学院，是院属基础化学科研事业单位。该所主要是针对基础化学问题，以及国家急需的高新技术材料进行科学研究。建所初期设无机化学、分析化学、物理化学、有机化学、高分子化学和物理等 5个研究室。目前主要科研领域为高分子化学和物理、物理化学；分析化学、有机化学也有相应发展。