임업연구관인 1급의 소장 아래 서무과·육종과·원종과·유전생리과·생물공학과 및 유실수과 등 6개의 과와 3개의 육종장으로 조직되어 있다.
본소는 경기도 수원시 권선구 오목천동에 있고 육종장으로는 강원도 춘천시 사농동에 있는 동부육종장, 충청북도 중원군 상모면 수회리에 있는 중부육종장, 제주도 서귀포시 상효동에 있는 남부육종장이 있다.
우리 나라의 임목육종연구는 황폐한 산림의 조속한 복구와 경제림을 조성하기 위하여 1953년 서울대학교 농과대학 구내에서 현신규(玄信圭)에 의하여 시작되었다. 그 뒤, 임목의 품종개량에 관한 시험연구를 목적으로 1956년 4월에 중앙임업시험장 수원육종지장이 설립되었다.
1963년 농촌진흥청임목육종연구소로 확대개편되어 산림녹화를 위한 신품종을 개발, 보급하여오다가, 산림청이 발족됨에 따라 1967년 산림청 임목육종연구소로 바뀌었다. 1953년부터 시작한 교잡육종으로 현사시(은백양과 수원사시의 교잡), 리기테다소나무(리기다소나무와 테다소나무)와 같은 신품종을 만들었다.
1958년부터는 35개 국에서 412종의 외국 수종을 국내에 들여 와 시험한 결과 우리 나라 기후풍토에 잘 맞아 생장이 우수한 이태리포플러, 스트로브잣나무 등을 발굴하는 등 1989년까지 14개 수종의 장기수 및 속성수를 개발하여 전국적으로 97만5000ha에 6억2200만 본을 보급하였다. 그와 더불어 황폐지복구를 위한 사방 및 연료수종육종, 솔잎혹파리 및 잣나무털녹병저항성육종, 나라꽃 무궁화육종 등도 수행하였다.
한편 농산촌소득증대를 위하여 1966년부터 밤나무육종을 시작하여 1988년에 5품종의 우량신품종을 개발하였고, 호두나무·개암나무도 우량품종을 선발하여 보급하고 있다.
또한 우량종자생산보급을 목적으로 1959년부터 소나무·잣나무·낙엽송 등의 우량한 수형목 2,169본을 선발, 이를 기반으로 1968년부터 1983년까지 710ha의 채종원을 조성하여 1976년부터 1989년까지 3만6500ha를 조림할 수 있는 8,500㎏의 개량종자를 생산하였다.
점점 고갈되는 유전자원의 영구보존을 위하여 1972년부터 유전자보존연구로 잣나무 등 7수종 2,290ha를 유전자보존림으로 지정하였다. 1980년에는 세계 각국에서 많은 연구가 수행되고 있는 생물공학연구를 시작하여 임목의 대량증식을 위한 조직배양연구를 추진하는 등 산지자원화에 크게 기여하고 있다.