1949年成立於大連。初稱大連大學科學研究所，1950年改稱東北科學研究所大連分所，1953年改稱中國科學院工業化學研究所，1954年改稱中國科學院石油研究所。1958年後，部分研究室遷往蘭州和太原，分別成立瞭中國科學院蘭州化學物理研究所和中國科學院山西煤炭化學研究所。1962年改為現名。該所主要研究領域為催化、鐳射和微觀反應動力學、以色譜為重點的近代分析化學和工程化學等四個方面。共設13個研究室和一個儀器設備工廠。
11949～1985年，該所取得重大科研成果286項，其中獲國傢發明獎的有8項，受到國傢科學技術委員會，中國科學院，中央各部、省以上的各種獎勵的有106項。其中重大的科研成果有：泡沸石型分子篩的制造方法獲1964年國傢發明獎；加氫異構裂化催化劑、SP-01毛細管色譜儀分別獲1966年國傢發明獎；合成氨原料氣凈化新流程所用催化劑和丙烯液相本體聚合新工藝等7項研究，均獲1978年全國科學大會獎；空間飛行器姿態控制催化劑獲1980年國傢發明二等獎；中空纖維氮－氫膜分離器，獲中國科學院科技進步特別獎。
近年來，該所廣泛開展瞭國際學術交流和合作，有4名科學傢還受聘為國際學術團體的成員或國際學術刊物的編委。該所內建有催化基礎研究國傢重點實驗室。該所並培養研究生，為國傢批準的博士和碩士學位授予單位；還編輯出版《催化學報》、《色譜》、《化學物理通訊》等學術刊物。（見彩圖）
中國科學院大連化學物理研究所的實驗大樓
中國科學院大連化學物理研究所的交叉分子束實驗室