1928年，在中央研究院院长蔡元培的倡导下，由心理学家唐钺负责筹备心理研究所。
1929年，在北平正式成立了中央研究院心理研究所，唐钺为首任所长，所址先在东城新开路35号，后迁东诚芳嘉园1号。建所初期，主要研究动物学习和神经解剖。
1933年，心理研究所南迁上海，由汪敬熙生任所长。
1934年，迁至南京。
1935年，心理研究所与清华大学心理系合作，增设了工业心理学研究。
1937年，抗日战争爆发，心理研究所一直在迁徙途中，先经湖南南岳至广西阳朔、桂林，再到贵州贵阳。
1940年，至桂林南雁山村才稍为安定，并恢复研究工作，主要研究胚胎行为发展问题。
1944年，再迁至重庆北碚。
1945年，抗日战争胜利，次年9月迁回上海（岳阳路320号）。
1948年后，继续抗战期间所作的胚胎行为发展和两栖类蝌蚪脊髓机制的研究，并恢复战前所做的哺乳类动物行为与神经系统的研究。
1949年，上海解放，心理所停办，研究所人员并入中央研究院医学研究所（岳阳路320号）。
1950年，在郭沫若院长和丁瓒先生的支持下筹建中国科学院心理研究所，成立了心理研究所筹备处。8月，成立了中国心理学会筹备委员会，挂靠在心理所筹备处。
1951年3月2日，政务院批准成立中国科学院心理研究所，任命曹日昌为所长，12月7日心理研究所正式成立，所址设在北京西城东观音寺10号。建所后，开展了中小学奖励与惩罚的研究，搜集了国内儿童身心发展的常模资料，进行了托儿所调查、儿童身心发展因素的研究以及心理学名词编译工作等。
1953年，中国科学院心理研究所更名为中国科学院心理研究室，曹日昌为室主任、丁瓒为副主任。
1955年，中国科学院心理研究室设动物、感知、思维、个性四个研究组，进行知觉心理研究；根据巴甫洛夫学说进行动物行为（条件反射）研究，两种信号系统和神经类型研究。
1956年，中科院心理研究室扩大，将南京大学心理系并入心理研究室，恢复所名 “中国科学院心理研究所”，潘菽任所长，曹日昌、丁瓒任副所长，同时成立了所学术委员会。所址迁至西城端王府夹道7号。
1957年，中国科学院心理研究所开展劳动心理学研究。
1958年，心理研究所调整了研究方向，将原有的四个研究组改成联系教育、劳动和医疗实际的三个研究组，进行教育心理、劳动心理、航空心理、医学心理方面的应用研究，同时也开展了生理机制的研究和动物心理的研究，从而推动了应用心理学的发展。
1961年，中国科学院心理研究所将原有的三个研究组扩大成四个研究室：教育心理研究室、劳动心理和航空心理研究室、医学心理研究室、脑电和脑模拟研究室。
1968年，科研工作完全停顿，全所人员下放湖北干校。
1970年，中国科学院心理研究所究所被撤销。
1972年，中国科学院心理研究所科研人员从干校回京，西城端王府夹道所址被占用，在临时实验室条件下开展了儿童心理发展、视觉、听觉、记忆、人工智能、航空工程心理、病理心理和生理心理等方面的研究，还增加了对心理学基本理论问题的研究。
1977年6月，国务院做出“恢复心理研究所是很必要”的批示，研究所正式恢复。
1976年8月，研究所在北京平谷召开了全国心理学学科规划座谈会，在会上拟定了规划草案。
1976年11月，中国心理学会恢复活动。
1979年7月，中国科学院心理研究所加入国际心理科学联合会。
1980年7月，中国科学院心理研究所由文革前的四个研究室扩建为六个研究室，包括发展心理研究室、感知觉研究室、生理心理和病理心理研究室、心理学基本理论研究室、工程心理研究室、情报研究室。
1986年，研究所确定了六个研究室和十四个研究方向。
1988年，中国科学院心理研究所正式迁往新所址。
2002年，中国科学院心理研究所进入中国科学院知识创新工程试点。
2004年8月，中国心理学会受国际心联的委托在北京主办第28届国际心理学大会。
