高分子物理与化学国家重点实验室的前身是1989年经中国科学院批准，依托中国科学院化学研究所和中国科学院长春应用化学研究所建立的中国科学院高分子物理联合开放实验室。

鉴于1995和1999年连续两次在“国家化学学科重点实验室评估”中被评为优秀实验室，2000年经科技部批准由中国科学院开放实验室晋升为国家重点实验室，并扩充“中国科学院-中国石化总公司高分子化学联合开放实验室”(依托单位为中国科学院长春应用化学研究所和中国科学院化学研究所)，重新组建成“高分子物理与化学国家重点实验室”。实验室于2001年3月通过建设验收。

在2004年“国家化学学科重点实验室评估”中，高分子物理与化学国家重点实验室连续第三次被评为优秀实验室，同年获“国家重点实验室计划先进集体”奖。

鉴于实验室的中国科学院化学研究所北京部分整建制纳入“北京分子科学国家实验室(筹)”建设序列，依据“2009年度国家重点实验室和部门重点实验室评估计划”通知，高分子物理与化学国家重点实验室依托于中国科学院长春应用化学研究所进行单独评估，第四次被评为优秀实验室。

2011年获“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖。

2014年依托于中国科学院长春应用化学研究所进行评估，连续第五次被评为优秀实验室。