فعالیتهای علمی اصلاح گیاهان زراعی در ایران از دهۀ نخست ۱۳۰۰ خورشیدی به صورت پراکنده در مناطق محدودی از کشور آغاز شد. با تأسیس مدرسۀ عالی فلاحت و سپس دانشکدۀ کشاورزی کرج (زیر نظر وزارت کشاورزی) در سال ۱۳۰۶، این کوششها سامان یافت و تحقیقات غلات از سال ۱۳۰۹ با گزینش و اصلاح بذر در توده های بومی آغاز شد.
در دهۀ ۱۳۳۰ خورشیدی با توجه به پراکندگی تحقیقات و تشکیلات محدود در دستگاههای مختلف وزارت کشاورزی ضرورت تأسیس مؤسسه ای مستقل با اختیارات وسیع قانونی احساس شد. بنابر درخواست وزارت متبوع و بر اساس لایحۀ قانونی مصوب مجلسین شورای ملی و سنای وقت، تشکیلات مؤسسۀ تحقیقات اصلاح و تهیۀ نهال و بذر در آبان ماه سال ۱۳۳۸ (۳/۸/۱۳۳۸) تصویب شد و ستاد مؤسسۀ تحقیقات اصلاح و تهیۀ نهال و بذر به طور رسمی در شهرستان کرج تأسیس شد و شروع به فعالیت کرد.
با افزایش کارایی و بازده تحقیقات به تدریج تشکیلات مؤسسه تغییر یافت، به طوریکه در سال ۱۳۴۸ بخش تحقیقات دانه های روغنی، در سال ۱۳۴۹ بخش تحقیقات ذرت، در سال ۱۳۵۰ بخش تحقیقات باغبانی، در سال ۱۳۵۷ بخش تحقیقات سبزی و صیفی، در سال ۱۳۵۹ بخش تحقیقات حبوبات، در سال ۱۳۶۲ بخش تحقیقات فیزیولوژی، بیوشیمی و تکنولوژی و در سال ۱۳۶۲ بخش ژنتیک و آمار تأسیس شد.