فعاليت­هاي علمي اصلاح گیاهان زراعی در ايران از دهۀ نخست 1300 خورشیدی به ­صورت پراكنده در مناطق محدودي از كشور آغاز شد. با تأسيس مدرسۀ عالي فلاحت و سپس دانشكدۀ كشاورزي كرج (زير نظر وزارت كشاورزي) در سال 1306، اين كوشش­ها سامان يافت و تحقيقات غلات از سال 1309 با  گزینش و اصلاح بذر در توده­ هاي بومي آغاز شد.

در دهۀ 1330 خورشیدی با توجه به پراكندگي تحقيقات و تشكيلات محدود در دستگاه­هاي مختلف وزارت كشاورزي ضرورت تأسيس مؤسسه ­اي مستقل با اختيارات وسيع قانوني احساس شد. بنابر درخواست وزارت متبوع و بر اساس لايحۀ قانوني مصوب مجلسين شوراي ملي و سناي وقت، تشكيلات مؤسسۀ تحقيقات اصلاح و تهيۀ نهال و بذر در آبان ­ماه سال 1338 (1338/08/03) تصويب شد و ستاد مؤسسۀ تحقيقات اصلاح و تهيۀ نهال و بذر به طور رسمی در شهرستان کرج تأسيس شد و شروع به فعالیت کرد.

 با افزایش کارایی و بازده تحقیقات به ­تدریج تشکیلات مؤسسه تغییر یافت، به ­طوری­که در سال 1348 بخش تحقیقات دانه­ های روغنی، در سال 1349 بخش تحقیقات ذرت، در سال 1350 بخش تحقیقات باغبانی، در سال 1357 بخش تحقیقات سبزی و صیفی، در سال 1359 بخش تحقیقات حبوبات، در سال 1362 بخش تحقیقات فیزیولوژی، بیوشیمی و تکنولوژی و در سال 1362 بخش ژنتیک و آمار تأسیس شد. 

با توجه به اهميت برخي از محصولات، زمينه ­هاي تخصصي كاري و لزوم تقويت بیشتر آنها، مؤسسه ­های تحقيقاتي مستقل پسته (1371)، ديم (1371)، خرما (1372)، برنج (1373)، مركبات (1375)، پنبه (1376)، بيوتكنولوژي (1378)، ثبت و گواهي بذر و نهال (1382) و باغبانی (1393) به ­تدریج از اين مؤسسه جدا شدند. در حال حاضر این مؤسسه در ستاد مرکزی و 32 مرکز و 80 ایستگاه تحقیقاتی در سطح کشور با 400 عضو هيأت علمي و محقق با تخصص­های مختلف، سالیانه بیش از 900 پروژه و طرح تحقیقاتی اجرا می­کند.