История института уходит корнями в 1894 год, когда при Ученом комитете Министерства земледелия и государственных имуществ Российской империи — было организовано Бюро по прикладной ботанике. После, уже в XX веке, Бюро преобразовали в Отдел прикладной ботаники и селекции. 

В 1924 года СНК СССР утвердил «Положение об институте прикладной ботаники и новых культур». В состав Совета института вошли Н. П. Горбунов (председатель), Н. И. Вавилов (директор), а также представители земледелия союзных республик и профсоюзов.

Академик Николай Иванович Вавилов оставался бессменным руководителем института до августа 1940 года, когда он был репрессирован. При нем в рамках множества экспедиций по СССР и зарубежным странам — была собрана основа гербария. Сейчас институт обладает уникальной коллекцией свыше 200 000 образцов культурных и дикорастущих растений. Помимо прочего, Всероссийский институт растениеводства обладал и обладает гигантским семенным фондом в несколько тонн уникальных зерновых культур. 

В 1955 году Вавилов был посмертно реабилитирован. Имя академика было присвоено институту только в 1967 году. 

В 1994 году постановлением Правительства РФ институту был присвоен статус Государственного научного центра. А с 2014 года институт был переименован в Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства имени Н. И. Вавилова».