1937年5月20日，时任北平静生生物调查所所长胡先骕致函时任云南省教育厅厅长龚自知，提出与云南省教育厅合作在昆明创设一植物研究机构的构想。

1938年春，胡先骕派蔡希陶到云南，筹办云南农林植物研究所；7月24日，云南省教育厅和北平静生所正式签订合办云南农林植物研究所合同，云南农林植物研究所正式成立。

1940年7月27日，云南省经济委员会正式参与合办云南农林植物研究所，与云南省教育厅、静生生物所正式签订契约。

1950年2月，云南农林植物研究所由人民解放军代表接收；4月，中国科学院植物分类研究所接管云南农林植物研究所，改名为中国科学院植物分类研究所昆明工作站。

1953年2月9日，中国科学院植物分类研究所昆明工作站改名为中国科学院植物研究所昆明工作站。

1956年，开始筹建“昆明植物研究所”，并开始为建“西双版纳热带植物园”作选址调查。

1959年4月23日，中华人民共和国国家科学技术委员会批准在中国科学院植物研究所昆明工作站的基础上建立中国科学院昆明植物研究所。

1962年6月25日，中国科学院昆明植物研究所更名为中国科学院植物研究所昆明分所。

1970年3月，中国科学院植物研究所昆明分所与所属热带植物园同时下放云南省，中国科学院植物研究所昆明分所更名为云南植物研究所，由云南省科委领导；热带植物园更名为云南热带植物研究所，由云南省科委、西双版纳傣族自治州双重领导。

1978年3月1日，经中华人民共和国国务院批准，云南植物研究所更名为中国科学院昆明植物研究所，云南省热带植物研究所更名为中国科学院云南热带植物研究所，划归中国科学院领导，为地师级单位。

1986年12月15日，中国科学院决定调整云南三个生物学研究机构，原中国科学院云南热带植物研究所除实验生态研究室外，其余部分与中国科学院昆明植物研究所合并，实验生态研究室与分院生态研究室合组昆明生态研究所。合并后的中国科学院昆明植物研究所的建制为四室两园一组一厂，即植物分类和植物地理研究室、植物化学研究室、植物生理研究室和民族植物学研究室；西双版纳热带植物园和昆明植物园；木材和植物解剖研究组和中试工厂。

1996年10月，西双版纳热带植物园从中国科学院昆明植物研究所分出，和昆明生态研究所合并，组建新的西双版纳热带植物园。

2001年10月16日，“植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室”获中华人民共和国科技部批准并正式启动。

2002年6月，中国科学院青藏高原研究所由拉萨分部、北京分部和昆明分部组成（一所三部），昆明分部挂靠中国科学院昆明植物研究所，科研活动和科研成果纳入中国科学院昆明植物研究所管理。