1956年1月，党中央发出了“向科学进军的伟大号召”，同年3月，省农业厅和省农科院建立黔阳专区榆树湾农业试验站，由此，怀化市农业科学研究院应运而生。建站之初土地面积2965亩，其中耕地面积955亩，有专技人员6人，行政人员4人，工人71人，承担水稻、红薯、玉米、油菜等项目的试验。

1959年1月，黔阳地委将黔阳专区榆树湾农业试验站迁往安江大沙坪，成立黔阳专署农业科学研究所，与安江农校合并成立一个党支部，安江农校主要开展教学工作，农科所主要开展科研工作，有土地面积202亩，其中水田130亩，有专技人员15人，行政人员3人，工人21人，主要从事水稻、油菜、玉米等品种的征集、保存、比较、区试和利用研究。1960年与安江农校分开设置。

1962年10月，黔阳地委将黔阳专署农业科学研究所迁往靖县二凉亭，当时土地面积11709亩，有技术人员26人，行政人员7人，职工207人，承担水稻、红薯、马铃薯、油菜、大豆、柑橘等作物育种课题。

1969年10月，地革委将安江农校迁往靖县二凉亭与农科所合并，改名为黔阳地区农业学校，农校部分成立教学组，农科所部分成立科研生产组，在此期间，成立了有11人组成的雄性不育试验组，每年实施科研项目20多个，先后鉴定科研成果11项，其中有5项获省级以上科研成果奖。

1974年黔阳农校迁回安江，同年，恢复地区农科所的建制。

1984年2月，怀化地委将农科所迁回怀化榆树湾。全所土地面积1120亩，有干部75人，工人264人，承担水稻、旱粮、油菜、果树等作物科研工作。

1998年怀化撤地设市，怀化地区农业科学研究所更名为怀化市农业科学研究所。

2009年，怀化市农业科学研究所从鹤城区坨院办事处桐形村迁往现址，鹤城区迎丰中路888号。

2021年，怀化市深化事业单位改革，整合市农业科学研究所、市农业机械化技术推广站两家事业单位，并将市蔬菜科学研究所、市农业综合服务中心的农业技术推广职能整合，组建怀化市农业科学研究院。核定全额事业编制73名，设置内设机构14个，其中管理机构4个，研究机构10个。