“岩石圈演化国家重点实验室”的前身为“中国科学院岩石圈构造演化重点实验室”。

为推动国际地质科学联合会(IUGS)和国际地球物理与大地测量联合会(IUGG)共同组织的国际岩石圈计划的进行，联合国内对岩石圈演化这一研究领域有志趣的科学家共同进行高水平研究，在孙枢院士的建议下，原中国科学院地质研究所申请组建“中国科学院岩石圈构造演化开放研究实验室”，并于1989年5月经科学院批准正式对外开放。第一任实验室主任为锺大赉研究员、院士，学术委员会主任由孙枢院士担任。

1999年，根据中国科学院知识创新基地建设的总体布局，原中国科学院地质研究所和中国科学院地球物理研究所进行了整合，“岩石圈构造演化开放研究实验室”成为整合后的中国科学院地质与地球物理研究所的开放实验室之一。2000年，“岩石圈构造演化开放研究实验室”更名为“岩石圈构造演化重点实验室”。

2004年9月，中国科学院地质与地球物理研究所在“岩石圈构造演化重点实验室”的基础上，依照科技部《国家重点实验室建设与管理暂行办法》和国家重点实验室建设的总体要求，为适应固体地球科学的发展趋势和更好地服务于国家需求，调整和增加了其他相关学科的研究力量，向科技部提出了建设“岩石圈演化国家重点实验室”的申请。

2005年3月至5月，科技部委托国家自然科学基金委员会对数理和地球二个学科领域的41个国家、部门重点实验室进行评估，“岩石圈构造演化重点实验室”作为科学院重点实验室参加了评估。2005年8月12日，科技部发文（国科发基字[2005]325号）公布了评估结果。“岩石圈构造演化重点实验室”被评为优秀实验室，在地球学科参评的27个实验室（国家重点实验室16个、部门实验室11个）中排名第三（前二名大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室和黄土与第四纪地质国家重点实验室为免评实验室）。

2005年4月18日科学技术部于正式发文（国科发基字【2005】111号）批准建设“岩石圈演化国家重点实验室”。

2005年7月26日，中国科学院发文（计任通字【2005】5号）聘任朱日祥同志为“岩石圈演化国家重点实验室”主任，聘任陈颙同志为”岩石圈演化国家重点实验室”学术委员会主任。8月2日，中国科学院地质与地球物理研究所发文（质球所字【2005】048号），聘任王清晨、张中杰、叶凯为实验室副主任，聘任翟明国、郑永飞、陈晓非为学术委员会副主任，同时聘任了11名学术委员会委员。

2010年10月，根据国科发基【2010】578号文件，岩石圈演化国家重点实验室在评估中获得优秀。

2015年11月27日，科技部发布2015年数理和地学领域国家重点实验室评估处理结果，岩石圈演化国家重点实验室在评估中获得优秀。

2017年5月24日，中国科学院发文（前任通字【2017】1号）聘任吴福元院士为岩石圈演化国家重点实验室主任。6月8日，中国科学院地质与地球物理研究所发文（质球所字【2017】033号），聘任杨进辉、刘传周、万博、赵亮同志为为岩石圈演化国家重点实验室副主任。