1953年，研究所的前身——中国科学院地球物理研究所、华北农业科学研究所农业气象组成立。作为非营利科研机构的研究所，经过半个多世纪的发展形成了农业气象学、农业水资源学、农业环境工程学、农业生态学四个重点优势学科，主要从事现代农业环境领域的科学发现和技术创新，重点研究人类生产活动影响下，农业生物和农用投入品与光、温、水、气等环境要素的相互作用规律与调控机制，发展农业环境安全调控和可持续农业技术。研究所现建有7个创新研究室，并建有农业部农业环境与气候变化重点开放实验室、农业部旱作节水农业重点开放实验室、农业部寿阳旱作农业重点野外科学观测试验站、农业部畜牧环境设施设备质量监督检验测试中心，中美农业环境中心，农业环境分析测试中心（通过国家实验室认可），中国农业科学院中日农业技术研究发展中心、节水农业综合研究中心、农业立体污染与产地环境质量研究中心、设施农业研究中心等开放平台。现有实验室面积5000多平方米，科研用仪器设备数千台套，其中2万美元以上设备100多台套，为开展农业环境研究提供了良好平台。

在2006年农业部组织的全国农业科研机构综合科研能力评估（2001-2005年）中，研究所位列全国农业科研机构第17位，在农业部部属研究所中位列第7位，在中国农业科学院院属研究所中位列第6位。