丽水农业科研历史较悠久。抗日战争期间，民国27年(1938)1月，省会杭州沦陷后，省农业改进所迁松阳县望松岭太保庙，先后在松阳大竹溪乡设稻麦试验场、项弄设稻作试验区、樟溪乡设种畜繁殖场、赤寿乡设蚕种原种场、水南乡横山村设茶叶试验场；后在云和县建立浙江省农业推广所、浙江省农场；在丽水县碧湖镇设有机肥料厂和碧湖茶场。民国28年（1939年）在松阳南门外购地建农艺实验室、办公室等（现为丽水中专）奠定所基，在各县建立推广中心农场。民国34年（1945年）3月，在景宁、丽水、云和、松阳、庆元县附设陆稻良种示范区。由于日寇侵入，省农改所又先后迁往云和、景宁，4年搬迁4次。抗日战争胜利后，于民国35年（1946）4月正式迁回杭州。

1949年5月，中国人民解放军解放丽水地区，8月浙江省第七专员公署建立，10月改为浙江省丽水专区。1952年1月撤销丽水专区，各县分别并入温州、金华、衢州专署。1963年5月恢复丽水专区。

  1957年，温州专署农业实验站在云和设分站，后改名浙江省云和薯类研究所。1959年，建立丽水、青田县农业科学研究所。1964年6月在丽水县农场的基础上，将云和薯类研究所和青田县农科所合并，建立丽水专区农业科学研究所，自此，丽水市农科所正式成立。

1979年前，丽水地区农业科学研究所由丽水地区领导。1979年4月至1985年4月归属省农科院分支机构，实行院与地方政府双重领导，期间，党政由地方负责，业务上归属省农科院领导，事业费由省农科院直拨地区财办（财税局）划转。1985年4月又恢复地方领导。2000年9月，丽水撤地设市，自此更名为丽水市农业科学研究所。2008年7月，机构级别由相当于副县处级调整为相当于正县处级，并改称为丽水市农业科学研究院。

2019年6月，根据丽水市机构改革方案，成立丽水市农林科学研究院，不再保留丽水市农业科学研究院和丽水市林业科学研究院，有关职责交由市农林科学研究院承担。