大連化物所的前身是日本侵華期間于1907年建立的“南滿洲鐵道株式會社中央試驗所”。1945年抗戰(zhàn)勝利后,由中長鐵路局接管,改名為“中長鐵路大連科學研究所”。1949年3月移交給大連大學,名為“大連大學科學研究所”。1950年9月改屬東北人民政府工業(yè)部,名為“東北科學研究所大連分所”。1952年歸屬中國科學院,名為“中國科學院工業(yè)化學研究所”。1954年6月,改名為“中國科學院石油研究所”。1961年12月,又改名為“中國科學院化學物理研究所”。
1968年1月劃歸國防科委第16研究院,名為國防科委1616所。1970年回歸中國科學院,名為“中國科學院大連化學物理研究所”。
建所60年以來,大連化物所曾先后分出了三個研究所,即1958年分建的中國科學院石油研究所蘭州分所(現(xiàn)名中國科學院蘭州化學物理研究所);1961年在太原建立中國科學院煤炭化學研究所;1971年在湖北襄樊組建七機部42所(后改名航天科技集團42所,現(xiàn)名襄樊航天化學動力總公司)。
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22.61萬方米,依山傍海,環(huán)境優(yōu)美。