Централния земеделски изследователски институт, основан в 1910 г. в периода 1939-1949 г е ръководен от бележития български учен акад. Дончо Костов. През 1943 г. към него е сформиран нов отдел „Генетика“. През 1947 г. акад. Дончо Костов основава към БАН Институт по приложна биология и развитие на организмите. След неговата смърт в края на 1949 г. Институтът преминава като секция „Агробиология“ към Института по обща биология при БАН. Институт по обща биология е основан през 1948 г. от Академик Методий Попов. В обединения Институт по биология са създадени три секции: Секция по обща биология, Секция по агробиология и Секция по горска биология. През 1953 г. Секцията по агробиология се отделя като Институт по растениевъдство към БАН, а през 1954 г. Секцията по горска биология се обособява като Институт за гората при БАН. През 1953 г. в Секцията по обща биология, ръководена от Акад. М. Попов, се формират пет лаборатории: Лаборатория по общобиологични стимулационни изследвания, Лаборатория по цитология, Лаборатория по биология, Лаборатория по имунобиология и Лаборатория по хелминтология.

През 1951 г. Секция по Агробиология се обособява като Институт по агробиология при БАН, който впоследствие (1952) е преименуван на Институт по растениевъдство с директор акад. Христо Даскалов. През този период изследователският тематичен обхват на Института е с комплексен характер – едновременно с теоретичните проблеми и методологични подходи се разработват множество теми, тясно свързани с практическата селекция и агротехниката на културните растения.

През 1955 г. Институтът е обединен с Централния земеделски изследователски институт под името Централен научноизследователски институт по растениевъдство при БАН. В 1961 г. последният преминава към новооснованата Академия на селскостопанските науки (АСН) под името Институт по растениевъдство.

В края на 1962 г. секцията по генетика се отделя от Института по растениевъдство като Централна лаборатория по генетика при АСН с директор акад. Райна Георгиева. През 1966 г. Институтът по растениевъдство и Централната лаборатория по генетика се обединяват в Институт по генетика и селекция на растенията при АСН, ръководен от акад. Христо Даскалов.

След закриването на АСН през 1976 г. Институтът по генетика и селекция на растенията е трансформиран в Институт по генетика при БАН. От 1987 г. той носи името на световноизвестния български учен акад. Дончо Костов.

Изключителен принос в организирането и развитието на Института по генетика има видният генетик и селекционер акад. Христо Даскалов. Той е директор на Института от неговото създаване до 1977 г.

След 1977 г. Институтът по генетика се оглавява последователно от ст.н.с.I ст. Манол Стоилов (1978-1988); ст.н.с.II ст. Любен Доросиев (1988-1992); ст.н.с.I ст. дбн Стефан Даскалов (1992-1993) и ст.н.с. II ст., доктор Боян Димитров (1993-2003). От 2003 г. Институтът по генетика „Акад. Дончо Костов“ се ръководи от ст.н.с.I ст. дбн Костадин Гечев.

През пролетта на 1954 г., след смъртта на Акад. Методий Попов (19 април), Институтът по биологея се преименува на Институт по биология ‘Акад. М. Попов’. За изпъляващ длъжността директор е назначен ст. н. с. І ст. Петър Илиев, който остава на този пост в продължение на четири години.

През 1958 г. за директор на Института е назначен Проф. Кирил Попов. От 1960 г. изследователската работа в Института се насочва само към растителните организми, като се обособяват две секции: Секция по стимулация и инхибиция на жизнените функции и Секция по физиология и биохимия на растенията.

На 28 февруари 1964 г. Президиумът на БАН взема решение Институтът по биология ‘Акад. М. Попов’ да се преименува в Институт по физиология на растенията ‘Акад. М. Попов’ и да се профилира в пет секции: Секция по стимулация и инхибиция на растенията, Секция по физиология на растенията, Секция по биохимия на растенията, Секция по биофизика на растенията и Секция по цитогенетика на растенията. През 1965 г. тематиката и структурата на Института е преразгледана от Президиума на БАН и са създадени две проблемни групи с тематични лаборатории: Проблемна група по стимулация и инхибиция на жизнените функции на организмите и Проблемна група по фотосинтеза.

След смъртта на Проф. Кирил Попов през 1970 г., за изпълняващ длъжността директор е назначен Проф. Михаил Попов, а през 1971 г. е назначен Чл.-кор. Тодор Къдрев. През 1973 г. в Института са формирани три сектора с проблемни групи: Сектор ‘Растеж и развитие на растенията’, Сектор ‘Минерално хранене’ и Сектор ‘Фотосинтеза’.

През 1976 г. структурата на Института отново е променена, като са обособени пет секции: Регулиране на растежа и развитието на растенията с лаборатория по мразоустойчивост, Биохимия на фотосинтезата, Физиология и екология на фотосинтезата, Минерално хранене и воден режим и Саморегулация на растенията с лаборатория по физиология и биохимия на семената. През 1986 г. към Института се присъединява Секция ‘Алгология’.

След смъртта на Чл.-кор. Тодор Къдрев през 1989 г., за директор на Института е избран Ст. н. с. І ст. дбн Емануил Каранов. Приета е нова структура с десет секции: Минерално хранене, Воден режим, Регулиране на растежа и развитието на растенията, Саморегулация на метаболизма в растенията, Биохимия на фотосинтезата, Екология на фотосинтезата, Експериментална алгология, Химични фитоефектори, Физиология и биохимия на семената и Устойчивост на растенията.

Впоследствие Институтът е реорганизиран отново до пет секции и една лаборатория:  ‘Геномика и протеомика’, ‘Експериментална алгология’, ‘Минерално хранене и воден режим на растенията’, ‘Регулиране на растежа и развитието на растенията’, ‘Фотосинтеза’ и Лаборатория ‘Молекулярни основи на стреса при растенията’.

След смъртта на Акад. Емануил Каранов през 2005 г., Институтът по физиология на растенията ‘Акад. М. Попов’ се ръководи от Ст. н. с. І ст. дбн Лозанка Попова.

През 2010 г Институтът по физиология на растенията „Акад. М. Попов” и институтът по Генетика „Акад. Дончо Костов” се обединяват в Институт по физиология на растенията и генетика с директор проф. д-р Снежанка Дончева.