一、中國科學院四川分院（1958-1962）
1958年3月，中共中央在成都會議上提出《關于在各省、自治區和專區建立科學機構和地質隊的意見》。中共四川省委和四川省人民委員會決定籌建中國科學院四川分院（以下簡稱“四川分院”）。1958年7月１日四川分院籌備處成立，由馬識途負責。1958年11月11日，四川省人民委員會下發《關于正式成立中國科學院四川分院的通知》（〔58〕川辦字第0722號），并于11月13日召開的四川省科學技術工作躍進會上正式對外宣布成立四川分院。四川分院是四川省的科學研究事業機構，受中科院和四川省雙重領導，以四川省為主。四川分院的職責是領導和管理分院所屬的科研機構和中科院在川科研機構，負責完成四川省分配的科研計劃，協助中科院和四川省科委組織四川省的學術活動和國內外科學聯絡工作。
1958年7月至1960年，四川分院先后建立了24個研究所，職工2700余人。
1961年，根據中共中央八屆九中全會提出的“調整、鞏固、充實、提高”方針，四川分院將研究所縮減合并為15個，1962年進一步調整為10個，將民族所、哲學所、林業所、地質所、采礦冶金所、水工所等移交四川省有關部門，保留農業生物、化學化工、物理、電子學、半導體、自動化等研究所，將于1959年改建的四川分院科學技術學校（中專）移交給成都市教育局恢復為成都市十二中。1962年四川分院職工千余人。
1962年，中共中央批準國家科委和中科院黨組關于全國地方科學研究機構的調整意見，決定撤銷各省分院成立大區分院。1962年8月6日，中共四川省委以（62）字第196號文件批準撤銷四川分院。
二、中國科學院西南分院（1962-1970）
1962年7月11日，中共中央西南局下發《中國科學院西南分院的建立和對原四川、云南、貴州三個分院機構精簡和調整的意見》（〔62〕67號）文件，成立中國科學院西南分院（以下簡稱“西南分院”）。西南分院以中科院領導為主，是中科院統管西南地區院屬科研單位的派出機構。原分屬四川、云南、貴州三個分院的17個研究所調整為8個：西南貴金屬研究所、西南技術物理研究所、昆明物理研究所、西南電子學研究所、西南有機化學研究所、貴州化學研究所、西南動物研究所、西南生物研究所。
1963年成立了中科院地理研究所西南地理研究室（1963），1965年成立了西南分院直屬廠、重慶土壤室和電子學所西南分所（1966年改名為中科院西南電子學所）。
1966年，為加強三線建設，中科院批準將地理所的部分研究人員和管理干部遷至成都，與西南地理研究室合并成立西南地理研究所。同年，調出地質所的地球化學部分，與貴陽化學所合并為地球化學研究所。到1966年底，西南分院所屬研究機構調整為12個。
1966年下半年開始的“文化大革命”使科技事業遭到嚴重破壞，科研工作幾近停止。1967年，西南分院的新技術處（〇四單位西南辦事處）由軍隊〇三單位西南辦事處接管。西南技術物理研究所劃歸國防科委第十五研究院。1968年3月，西南電子學所劃歸國防科委第五研究院遷往西安，該所的西南計算站劃歸在成都的國防科委第十一研究院，改名中國人民解放軍總字821部隊西南計算站，1969年第十一研究院撤銷，該站劃給五機部合并到岷光機器廠遷至灌縣(現都江堰市)。1969年9月，四川省革委會以川革發（68）158號文件批準成立西南分院革命委員會。
1970年7月15日，報經國務院批準，中科院以（70）科學字第19號文件通知撤銷西南分院，其機構、人員由所在省市安排。
三、移交四川省管理（1970-1978）
西南分院撤銷后，所屬的在川研究機構（有機化學所、生物所、地理所、金工廠、圖書館、重慶土壤室）均移交四川省管理。其中，有機化學所、生物所由四川省科技局領導，原單位冠名的“西南”改冠名為“四川”；圖書館與四川省情報研究所合并；金工廠移交給成都市領導，先后改名為成都金工廠和成都無線電八廠，1974年又劃歸省科技局領導，改名為四川省科學儀器廠；重慶土壤室一部分留西南農學院，一部分合并到渡口市（攀枝花市）農科院由渡口市領導；1971年，經國家計委批準，將遷往灌縣的原西南電子學研究所計算站的部分科技人員調回成都，成立四川省計算站。
四、中國科學院成都分院（1978-至今）
第一階段：科學的春天（1978-1998）
黨的十一屆三中全會召開以后，廣大科技工作者迎來了科學的春天。1977年12月，經中央批準，中國科學院決定恢復成立中國科學院成都分院（以下簡稱“成都分院”）。成都分院于1978年1月17日正式成立。成都分院是中科院的派出機構，受中科院和四川省雙重領導，以中科院為主，其主要任務是：對成都地區院屬科研單位黨的工作和思想政治工作進行領導；代院加強對科研業務、生產、技術條件、公用事業等進行管理、檢查、督促和組織協調；負責成都地區院屬科研單位的規劃和建設。
成都分院成立后，收回了原西南分院移交給四川省管理的成都化學研究所、成都地理研究所、成都生物研究所、成都計算站、成都科學儀器廠、成都圖書館等6個單位，加上1975年由國防科委劃歸中科院的光電技術研究所，共有7個院屬單位。1978至1981年相繼成立了直屬成都分院領導的土壤研究室、數理研究室、自然辯證法研究室和分析測試中心，其中自然辯證法研究室于1982年移交給四川省社會科學院，其他三個研究室(中心)在80年代末至90年代初分別移交給成都山地所、成都計算所和成都化學所管理。
第二階段：知識創新工程（1998-2013）
1998年，中科院啟動知識創新工程試點工作。研究所和分院機關相繼進行改革。經過調整、優化，光電所、成都生物所、成都山地所、成都文獻情報中心先后進入創新序列。2001年成都化學所、成都計算所、成都科學儀器研制中心改制為院直屬控股公司，分別更名為成都有機公司、成都信息公司、成都唯實儀器公司。2003年中科院成都教育基地揭牌成立，成為中科院研究生培養的5個教育基地之一。2011年3月，中科院、國務院三峽辦、重慶市啟動共建重慶綠色智能技術研究院。
第三階段：“率先行動”計劃階段（2014至今）
2013年7月17日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平視察中科院，提出“三個面向”“四個率先”要求，為中科院發展指明了方向，成為中科院新時期辦院方針。
2014年，中科院 “率先行動”計劃啟動。2014年10月，重慶研究院正式成立。2015年12月，成都分院擔任法人單位的“十二五”國家重大科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站”獲國家發改委批準立項并于2016年8月開工建設。2016年3月，成都唯實公司下屬瑞拓公司在新三板上市。2017年7月，中科信息公司在深交所創業板掛牌上市。2018年成都山地所作為特色研究所建設首批試點單位通過驗收并正式運行。
2016年10月，位于四川天府新區的成都分院新園區破土動工。2018年5月，國科大、成都市與成都分院簽署協議共建國科大成都學院。2017年9月，光電所新園區正式動工。至2021年底，占地3500畝、建設用地1800畝、建筑面積70萬平方米的成都分院新園區蔚然呈現。2021年12月23日，成都分院舉行“入住新園區啟航新征程”儀式，開啟入住新園區的新篇章。