สถาปนาขึ้นตามพระดำริในศาสตราจารย์ ดร.สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์อัครราชกุมารี เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2529

         ในปี พ.ศ. 2530 ปีซึ่งประเทศไทยได้มีการเฉลิมฉลองวโรกาสที่พระบาทสมเด็จ พระเจ้าอยู่หัว ภูมิพลอดุลยเดชทรงเจริญพระชนมพรรษาครบ 60 พรรษานั้น ศาสตราจารย์ดร.สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี ได้ทรงก่อตั้งสถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ขึ้นเพื่อถวายเป็นพระราชสักการะ โดยมีวัตถุประสงค์ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ สนับสนุนงานใน โครงการอันเนื่องมาจาก พระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว

         เริ่มดำเนินงานมาตั้งแต่มกราคม 2539 เป็นห้องสมุดเฉพาะที่รวบรวมสิ่งพิมพ์ทางด้านวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี เพื่อให้นักวิจัยและบุคลากรของสถาบันฯได้ศึกษาค้นคว้าวิจัย เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ หลักของสถาบันฯ

       ต่อมาใน พ.ศ. 2542 สถาบันฯ ได้เริ่มกิจกรรมด้านการเรียน การสอน ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย และคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เปิดหลักสูตรบัณฑิตศึกษา ระดับปริญญาโท และปริญญาเอก สำหรับนักศึกษานานาชาติ ในสาขาพิษวิทยาสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีและการบริหาร จัดการสิ่งแวดล้อม ( Environmental Toxicology Technology and Management )

         ห้องสมุดจึงมีหน้าที่ในการสนับสนุนการเรียน การสอนและการวิจัยระดับสูง กลุ่มผู้ใช้บริการมี ทั้งอาจารย์ นักศึกษา นักวิจัย นักวิชาการ และบุคลากรของสถาบันฯ รวมทั้งผู้สนใจที่เป็นบุคคลภายนอก