为了在分子生物学领域开展国内外的学术交流和合作研究、获得高水平的成果和人才，国家计委和中国科学院于1984年组织专家组论证并决定在生化所设立分子生物学国家重点实验室。筹建后实验室於1986年通过验收，1987年正式对外开放。这是国家在生命科学研究领域设立的第一个重点实验室。

二十年来，历经四代人的努力和积累，实验室取得了令人瞩目的研究成果，在2006年国家科技部组织的国家重点实验室评估活动中获得优秀。

现在，实验室进入了第五届，生化细胞所所长李林研究员担任新一届实验室主任，中科院院士、生化细胞所研究员王恩多担任学术委员会主任。新一届实验室立足于基础性研究，面向“人口与健康”的国家需求，进一步凝练研究方向，依托于两个研究主题，整合为一个团结有序的研究团队，在国家分子生物学研究领域继续发挥引领作用。