화학기술 분야의 연구개발과 성과보급을 목적으로 설립된, 미래창조과학부 국가과학기술연구회 소관의 정부출연연구기관이다.
화학공업 분야와 관련되는 과학기술에 관한 시험·연구 및 조사와 지원을 추진하고, 그 성과를 산업계에 보급함으로써 화학공업 분야의 산업기술 향상에 이바지한다.
정부가 주도하고 화학공업계 136개 관련업체의 지원을 받아 1976년 9월 한국화학연구소가 설립되어 1978년 대덕연구단지에 입주했다. 1980년 주무부처가 상공부에서 과학기술처로 변경되었으며, 1999년 다시 국무총리실로 이관되었다. 2001년 연구소의 명칭을 한국화학연구원으로 개칭했으며, 2002년 부설 안전성평가연구소를 설치했다. 2004년 다시 과학기술부 산하로 이관되었다가 2008년 지식경제부 산업기술연구회 소관으로 옮겼다가 2014년 6월 미래창조과학부 국가과학기술연구회 소관으로 이관되었다. 2017년 주무부처가 미래창조과학부에서 과학기술정보통신부로 변경되어 현재에 이르고 있다.
연구원의 주된 임무는 화학 및 관련 융·복합 분야의 원천기술 개발과 화학산업의 경쟁력 강화와 국가 신성장 산업창출이다. 1993년 정부출연연구기관으로는 최초로 선진국 일류기업인 영국 Smithkline Beecham사에 기술특허 실시권을 양도한 것을 비롯하여 자체 개발한 의약 및 농약 후보물질들을 국내외 기업에 기술 이전했다.
주요 연구성과로 무공해 합성세제용 제올라이트 개발, 고성능 약물전달용 초미세캡슐 제조기술 개발, 정밀화학원료 폴리부텐 개발, 고순도 다결정 실리콘 제조 공정개발, 국산 1호 신농약 선봉 개발, AIDS 억제제 개발, 새로운 뇌졸중 치료제 후보물질 개발, 백색LED용 황색형광체 제조기술, 차세대 청정원료 디메틸에테르 생산기술 개발 등을 들 수 있다.
2011년 6월 기준으로 책임연구원 140명, 선임연구원 55명, 책임기술원 20명, 선임기술원 16명 등 339명의 임직원과 231명의 비정규직 인력이 근무하고 있다. 원장, 선임연구본부장 아래 그린화학연구본부, 화학소재연구본부, 신물질연구본부 등 3개의 연구본부와 연구정책실, 신뢰성평가센터, 화학분석센터, 정밀화학정책연구센터를 갖추고 있으며, 생체기능조절물질개발사업단, 차세대정보디스플레이기술개발사업단, 나노기반정보·에너지사업본부, 울산 실용화연구사업단, 중소기업지원단 등이 조직되어 있다. 부설기관으로 안전성평가연구소가 있다.
한국화학연구원은 설립 이후 우리나라 화학산업의 성장과 산업계의 연구개발을 이끌어 왔다.