中国科学院过程工程研究所前身是1958年成立的中国科学院化工冶金研究所。五十多年来，研究范围逐步扩展到能源化工、生化工程、材料化工、资源/环境工程等领域，学科方向由“化工冶金”发展为“过程工程”。2001年更为现名。

在国家“十三五”时期和中国科学院“创新2020”实施过程中，过程工程所进一步明确“引领过程工程科学前沿，支撑过程工业技术创新”的发展目标，瞄准国家战略需求和世界科技前沿，针对当前制约过程工程跨越发展的突出问题，制定并实施“一三五”战略规划和科技布局：“一个定位”，即定位于过程工程的共性理论、关键技术及系统集成。面向过程工业转型升级、产品结构调整和战略新兴产业发展的重大需求，发展过程工程科学前沿；“三项重大突破”，即介尺度理论与重大应用、矿产资源高效清洁利用、生物制药过程关键技术与装备；“五项重点培育方向”，即油气高效转化与绿色工程、功能材料化工及工程应用、生物质炼制过程强化与集成技术、绿色反应与分离工程、煤清洁转化及综合利用技术。围绕重大突破和产出，探索适应过程工程跨越发展的体制机制，提出了创新科研组织模式和完善成果转化链两项重大改革举措，形成符合过程工程学科发展规律的科研创新体系。

这些年来，研究所从无到有、从小到大，现拥有中关村本部、廊坊分部和郑州分所三个园区，中关村本部面向基础理论侧重原始创新，廊坊分部支撑成果转化进行模式验证，郑州分所推进产业应用进行示范工程，形成“一所两翼”研发格局。研究所现有四个国家级研发平台：生化工程国家重点实验室、多相复杂系统国家重点实验室、湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室、国家生化工程技术研究中心（北京）；六个省部级研发平台：中科院绿色过程与工程重点实验室、离子液体清洁过程北京市重点实验室、纳米材料北京市工程技术研究中心、过程污染控制环境工程研究中心、生物质研究中心、循环经济技术研究中心。研究所以促进重大产出、承担重大任务、培育人才队伍为核心，集中优势力量组建12个研究部，大幅提升承担重大科研任务的能力。研究所科研仪器设备投入逐年增加，通过购入、创新研制等方式大力进行科研装备建设，目前资产总值已达9.3亿元，其中单价50万元以上先进设备190台，总值2.8亿元，120余台先进通用仪器设备实现了公用共享，有力地支撑了研究所科研快速发展，并为上百家科研院所、大学、公司等单位提供了大量的分析测试服务，得到用户的广泛认可。主办《过程工程学报》、《计算机与应用化学》、PARTICUOLOGY（《颗粒学报》）和GREEN ENERGY & ENVIRONMENT（《绿色能源》）四个学术期刊，一级学会中国颗粒学会挂靠我所。