大連化物所的前身是日本侵華期間于1907年建立的“南滿洲鐵道株式會(huì)社中央試驗(yàn)所”。1945年抗戰(zhàn)勝利后，由中長(zhǎng)鐵路局接管，改名為“中長(zhǎng)鐵路大連科學(xué)研究所”。1949年3月移交給大連大學(xué)，名為“大連大學(xué)科學(xué)研究所”。1950年9月改屬東北人民政府工業(yè)部，名為“東北科學(xué)研究所大連分所”。1952年歸屬中國(guó)科學(xué)院，名為“中國(guó)科學(xué)院工業(yè)化學(xué)研究所”。1954年6月，改名為“中國(guó)科學(xué)院石油研究所”。1961年12月，又改名為“中國(guó)科學(xué)院化學(xué)物理研究所”。
1968年1月劃歸國(guó)防科委第16研究院，名為國(guó)防科委1616所。1970年回歸中國(guó)科學(xué)院，名為“中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所”。
建所60年以來(lái)，大連化物所曾先后分出了三個(gè)研究所，即1958年分建的中國(guó)科學(xué)院石油研究所蘭州分所（現(xiàn)名中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所）；1961年在太原建立中國(guó)科學(xué)院煤炭化學(xué)研究所；1971年在湖北襄樊組建七機(jī)部42所（后改名航天科技集團(tuán)42所，現(xiàn)名襄樊航天化學(xué)動(dòng)力總公司）。
1995年大連化物所從工作近五十年的129街老科研區(qū)，實(shí)現(xiàn)了向星海二站科研園區(qū)的搬遷。新的科研園區(qū)占地面積22.61萬(wàn)方米，依山傍海，環(huán)境優(yōu)美。