中國科學院所屬專門從事地質科學研究的機構有6個研究所、1個研究室，以及4個開放研究實驗室。研究人員近2000人，除完成國傢重要科研項目外，還培養碩士、博士研究生，辦有10多種專業刊物。40年來，在人員組成、學科設置、實驗裝備等方面，已經形成具有一定特色的地質學研究體系。
地質研究所 1951年建於南京，1954年遷至北京。前身為中央研究院地質研究所、經濟部中央地質調查所和資資源委員會礦產測勘處的部分研究室。研究重點是：巖石圈的組成、結構、演化及動力學；巖石圈與大氣圈、水圈和生物圈的關系；大陸和大陸邊緣的基礎理論；工程地質、地質災害、資源（礦產、水、地熱、礦物材料）等應用課題。辦有《地質科學》、《國外地質》、《巖石學報》等6種刊物。
地球化學研究所 1966年由中國科學院地質研究所部分研究室與貴陽化學研究所組建於貴陽。主要從事礦床（包括能源礦床）的成礦理論、礦物物理和礦物材料、地殼上地幔等地球化學、第四紀與環境地球化學等基礎理論與應用研究。辦有《地球化學》、《礦物學報》、《地質地球化學》、《CHINESE JOURNAL OF GEOCHEMISTRY》等期刊。
南京地質古生物研究所 1951年建立，原名為中國科學院古生物研究所，1978年改用現名。前身為中央研究院地質研究所和中央地質調查所有關研究室（組）。主要從事各地質時代古植物、古無脊椎動物、微體古生物的發生、演化、變遷以及古生態、古地理、古環境和生物地質的劃分對比等研究。辦有《中國古生物志》、《華夏古生物》、《古生物學報》、《微體古生物學報》、《地層學雜志》等期刊。
古脊椎動物與古人類研究所 1957年成立於北京。其前身為中央地質調查所新生代研究室（1929），後曾改稱全國地質計劃指導委員會新生代研究室（1950），中國科學院古脊椎動物研究室（1953），1960年易為現名。主要研究古脊椎動物的起源、演化和在時間和空間上的分佈規律；人類起源與發展，以及與文化演進的關系，與人類演化有關的古氣候環境。近年來還開展應用人類學和現代人體質形態的研究。辦有《古脊椎動物學報》、《人類學學報》、《古生物學文摘》等季刊和專刊。
蘭州地質研究所 1960年於蘭州建所。其前身是中國科學院蘭州地質研究室。主要從事沉積巖石圈的組成、結構及其演化，沉積盆地的形成、發展及分佈特征等基礎理論研究。重點開展石油、煤成氣和其他沉積礦產的組成、成礦理論及礦物材料、環境保護等應用基礎性研究。辦有《沉積學報》等刊物。
長沙大地構造研究所 建於1961年，1978年改為現名。其前身中國科學院中南大地構造研究室。主要任務是研究和發展大地構造理論地窪學說；運用地窪學理論開展中國區域大地構造特征和發展史，礦產形成條件和分佈規律，以及礦產資源和能源的成礦理論與評價預測的研究。辦有《大地構造與成礦學》等刊物。
西安黃土與第四紀地質研究室 建於1984年，主要從事黃土的成因、結構及演化，以及第四紀地質、氣候、地理、生物等方面的研究。