Институт развивался из Бюро Прикладной Ботаники, организованного в 1894 г.
при содействии Министерства Земледелия и Государственных имуществ России. В 1917 г. Бюро было преобразовано в Отдел Прикладной Ботаники и селекции, который в 1922 г. вошёл в состав Государственного института опытной агрономии (ГИОА). Научные разработки Отдела создали предпосылки для организации в 1924 г. Всесоюзного института прикладной ботаники и новые культур (ВИПБиНК). В 1930 г. на базах отдела Прикладной ботаники и селекции ГИОА и ВИПБиНК был организован Всесоюзный институт растениеводства (ВИР). В 1992 г. Институт получил нынешнее название. С 1967 г. ВИР носит имя академика Н.И. Вавилова, блестяшего учёного и талантливого директора Института в период с 1921 по 1940 г.г.
ВНИИ Растениеводства - единственный Российский институт, где сохраняется в живом виде коллекция растительных генетических ресурсов (РГР) и ведётся её изучение. Также в мире широко известна научная роль института по сохранению коллекции ex situ.
В настоящее время коллекция института насчитывает более чем 320 000 образцов культурных растений и их диких сородичей по 2532 разновидностям в пределах 304 видов 155 ботанических семейств.
Институт состоит из 9 специализированных отделов по изучению растительных ресурсов, 13 методических отделов и лабораторий и 12 экспериментальных станций и опорных пунктов, расположенных в различных эколого-географических зонах России.