Институт органической химии РАН был образован 23 февраля 1934 г. путем объединения нескольких лабораторий ведущих отечественных научных школ академиков А. Е. Фаворского, Н. Д. Зелинского, В. Н. Ипатьева, А. Е. Чичибабина. Наряду с этими научными коллективами уже в самом начале в Институт влились лаборатории академика Н. Я. Демьянова и почетного академика М. А. Ильинского, а также группа академика Н. М. Кижнера и ряд сотрудников академика П. П. Шорыгина.
В 1953 г. Институту было присвоено имя академика Н. Д. Зелинского, возглавлявшего в 1936—1953 гг. один из его отделов. Мировая известность Института связана с именами многих крупных ученых, работавших и работающих в нем. Среди них академики А. Е. Фаворский, Н. Д. Зелинский, А. А. Баландин, Б. А. Казанский, А. Н. Несмеянов, И. Н. Назаров, И. Л. Кнунянц, А. Е. Порай-Кошиц, В. В. Коршак, Л. Ф. Верещагин, М. М. Шемякин, М. И. Кабачник, Х. М. Миначев. Выдающийся вклад в отечественную и мировую химическую науку академиков Н. Д. Зелинского, А. Н. Несмеянова, А. А. Баландина, В. Н. Ипатьева и М. М. Шемякина отмечен учреждением Академией наук соответствующих именных премий.
На протяжении 70-летней истории Института его возглавляли академики А.Е. Фаворский (1934—1939 гг.), А.Н. Несмеянов (1939—1954 гг.), Б.А. Казанский (1954—1966 гг.), Н.К. Кочетков (1966—1988 гг.) и В.А. Тартаковский (1988—2002 гг.). С 2003 г. директором Института является академик РАН М.П. Егоров.
Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского — один из ведущих научных центров в области органической и биоорганической химии, а также органического катализа. В Институте сложились и успешно развиваются следующие основные научные направления:
С конца 80-х годов в Институте начали развиваться математическая химия и компьютерный синтез, стали использоваться современные информационные технологии.
На всех этапах своей истории ИОХ стремится сочетать проведение фундаментальных научных исследований с решением важнейших для нашей страны задач. В годы Великой Отечественной войны учеными Института был внесен существенный вклад в повышение качества авиационных бензинов, получение дефицитных лекарств для госпиталей; из других работ следует отметить получение карбинольного клея (клея Назарова) и использование его для ремонта бронетанковой техники в полевых условиях. И после войны исследованиям, направленным на повышение обороноспособности страны, постоянно уделялось особое внимание.
В ИОХе были выполнены работы, связанные с реализацией Продовольственной и Энергетической программ, ряда общесоюзных целевых комплексных программ, нацеленных на решение важнейших научно-технических проблем, химизацию сельского хозяйства, защиту экологии, создание новых высокоэффективных катализаторов, лекарственных средств и препаратов, приборов для научных исследований и др. (всего более 100 заданий).
Начиная с 90-х годов, ИОХ РАН проводит научные исследования по актуальным и приоритетным направлениям, включая работы в рамках государственных научно-технических программ, Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники», Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России» и других Федеральных целевых программ, программ фундаментальных исследований и целевых программ Российской академии наук, программ фундаментальных исследований ОХНМ РАН, Программы развития науки и технологий г. Москвы и других программ.
Ученые Института участвуют в выполнении совместных научных проектов с учеными западноевропейских стран и США в рамках научных программ Европейского Союза (INTAS, Copernicus), Американского фонда гражданских исследований и развития для независимых государств бывшего СССР (CRDF), Программы конверсии Международного научно-технического центра, программ других фондов и организаций.
Программы исследований ряда научных коллективов, работающих в ИОХ РАН, а также научные проекты многих сотрудников Института успешно проходят конкурсный отбор в рамках Программы государственной поддержки исследований ведущих научных школ Российской Федерации (2004 г. — 8 научных коллективов), конкурсов Российского фонда фундаментальных исследований (2004 г. — 42 научных проекта), зарубежных научных фондов, программ и организаций (приблизительно 20 грантов ежегодно).