우리나라의 농가소득 증대를 위한 새로운 농업기술 개발을 임무로 하여 1962년 농촌진흥청의 발족과 동시에 식물환경연구소로 출발하였다.
토양·비료·병리·곤충 등의 기초연구기관으로서 1973년에 명칭을 현재의 농업기술연구소로 변경하였다. 이후 1994년 12월 농업기술연구소는 농약연구소, 농업유전자공학연구소, 국립농업자재검사소와 통합되어 농업과학기술원으로 새롭게 출범하였다. 기구는 농업연구관인 소장 아래 농업환경부·생물자원부 및 작물보호부가 있었고 그 아래 또 16개의 과가 있었다. 2008년 10월 농업과학기술원은 국립농업과학원으로 개칭되었다.
과별 주요 연구내용은 다음과 같았다. 농화학과는 비료개발 및 부존자원의 비료화와 농작물에 대한 환경오염피해 해석과 대책연구, 메탄가스 등 농촌 열자원의 개발을 연구하였다. 토양물리과는 논밭과 산지토양의 정밀조사 및 분류해설, 토양도를 제작하고 토양물리성 개선과 수분 및 토양보전에 관하여 연구하며, 토양화학과는 토양의 무기물·유기물·미생물 연구와 농경지에 대한 토양화학성 분석으로 시비개선 및 농토배양기술을 개발하였다.
농산물이용과는 곡물·채소·과실류에 대한 안전저장 및 가공기술과 농산자원개발이용기술에 관한 연구를 담당하였다. 영양생리과는 광합성 및 환경재해, 생리대사, 생리활성물질 등에 관한 기초연구, 동위원소를 이용한 양분의 흡수이동과 농업기후자원에 관한 연구를 하였다. 유전공학과는 유용유전자의 탐색분리와 디옥시리보핵산(DNA)의 구조해석 및 작물 형질전환 기술개발과 원형질체 융합에 의한 신작물의 개발을 연구하였다.
병리과는 각종 농작물의 병해 발생생태와 예찰, 병원균의 병원성 및 분화와 품종저항성 검정과 분류동정연구를, 곤충과는 해충의 분류동정 및 생리생태와 생물학적 종합방제, 유해동물의 생태와 방제에 관한 연구, 균이과는 버섯류 품종개량 및 재배법 개선, 새로운 식용버섯 개발과 유용균류 자원개발에 관한 연구를 하였다. 과거 농업기술연구소는 경기도 수원시 권선구 서둔동에 있었다.