20世纪60年代中期，为响应国家“三线建设”战略部署，中国科学院决定组建中国第一个地球化学专业研究机构。1965年底，中国科学院地质研究所向中国科学院正式呈报《关于组成地球化学所的请示报告》，拟定代号为“204所”。1966年，中国科学院地球化学研究所（以下简称地化所）正式挂牌成立，由中国科学院地质研究所的地球化学部分、贵阳化学所、地质所昆明工作站三方力量合并而成，落户贵州省贵阳市。在侯德封、涂光炽等老一辈科学家的带领下，地化所承载起国家战略使命，开启了我国地球化学事业的新纪元。

建所初期，地化所编制达650人，设有完备的科研、管理与后勤体系。根据1966年4月内部决议，初期设10个研究机构，涵盖同位素地球化学、核地球化学及宇宙化学、第四纪及现代沉积物地球化学、岩石矿物、内生/外生矿床及有机地球化学、稀有元素地球化学、高温高压实验，以及化学与物理分析测试中心。早期即承担了国防尖端技术（如“219”核任务）与稀有金属、贵金属、钨锡等矿床地球化学的重大国家任务。继承并发展了地球化学、岩石学、矿物学、矿床学、同位素地质学等学科，初步形成了以地球化学为核心、多分支协同发展的学科布局。历经60载发展，地化所学科体系实现了从“多点开花”到“重点突破”的演进，如今已形成以矿床地球化学、环境地球化学、实验地球化学、月球与行星科学为主的优势学科体系。

在不断发展壮大的过程中，地化所也承担了辐射全国的重任，经历了两次重要的机构分迁：1985年，部分学者搬迁至西安，成立黄土与第四纪地质研究室，后发展为中国科学院地球环境研究所；1987年，部分学者搬迁至广州，成立中国科学院地球化学研究所广州分部，后发展为广州地球化学研究所。留在贵阳的本部则持续深耕西南，并于2014年整体搬迁至贵阳市观山湖区林城西路99号，占地160余亩，建筑面积达6万平方米，科研环境实现了质的飞跃。

目前，地化所已建立起完善的科研架构，下设5个核心研究单元：关键矿产成矿与预测全国重点实验室、喀斯特环境演变与生态安全实验室、月球与行星科学研究中心、地球内部物质高温高压实验室与生态环境与资源利用研究中心。同时设有1个国家级和1个省级野外观测站。管理部门涵盖综合办公室、党委办公室、人事处、科技与规划处、教育处、财务处，支撑部门为所技术中心。此外，地化所还是全国性学会——中国矿物岩石地球化学学会的支撑单位。

经过近六十年沉淀，地化所打造了一支高水平创新队伍。截至2025年底，所内在编人员近300人，特别研究助理（含博士后）规模达120人。全所共有两院院士5人（含柔性引进3人），并有国家杰青、优青、WR计划、院“BR计划”入选者等国家高层次人才近80人次。在人才培养方面，至2025年累计培养博士生984人、硕士生1032人、博士后329人。令人瞩目的是，在所工作和学习过的科学家中，先后有20位当选院士。面向未来，地化所将继续肩负国家地球科学创新使命，为我国矿产资源勘探、生态环境保护及深空探测等领域提供关键科技支撑。