1946年10月，国民政府在甘肃省兰州市小西湖成立我国第一所国立兽医学院。1954年，中国科学院筹建西北分院，在分院设立兽医研究室。1957年3月，中国农业科学院成立，中国科学院西北分院兽医研究室被整体划入中国农业科学院西北畜牧兽医研究所。1958年，经国务院科学规划委员会批准，以中国农业科学院西北畜牧兽医研究所兽医研究室为基础，在国立兽医学院原址成立中国农业科学院中兽医研究所。1958年7月，中国农业科学院中兽医研究所正式宣告成立。1965年10月，农业部对中国农业科学院所属兽医科学研究机构进行调整，将中国农业科学院兽医研究所的领导中心和一部分研究机构由哈尔滨迁至兰州，连同原设在兰州的中兽医研究所、西北畜牧兽医研究所的兽医部分合并，组成新的中国农业科学院兽医研究所，所部设在兰州市小西湖。1966年1月，中国农业科学院兽医研究所在兰州正式成立。1970年11月，经国务院批准，中国农业科学院兽医研究所下放甘肃省，更名为甘肃省兽医研究所，所部由小西湖迁至兰州市徐家坪。1978年5月，根据农林部、财政部、国家物资总局“关于加强农林科教工作和调整农林科教体制的函”，中国农业科学院将甘肃省兽医研究所收归中国农业科学院，统称兰州兽医研究所。1979年4月，国家科委同意中国农业科学院中兽医研究所在兰州市小西湖原址恢复其独立建制。

兰州畜牧研究所前身是中国农业科学院西北畜牧兽医研究所的畜牧室。1957年10月，中国农业科学院成立西北畜牧兽医研究所。至1964年，西北畜牧兽医研究所畜牧研究部分设有畜牧、牧草、养羊三个研究室。1965年10月，农业部对中国农业科学院所属畜牧兽医科学研究机构进行调整时，将北京畜牧研究所与西北畜牧兽医研究所的畜牧三个研究室合并成立兰州畜牧研究所，暂由中国农业科学院兽医研究所代管。1970年11月，畜牧三个研究室随中国农业科学院兽医研究所下放到甘肃省，1971年底甘肃省农牧局决定将其并入甘肃省畜牧兽医工作队。1972年，畜牧三个研究室由兰州市徐家坪搬至小西湖中兽医研究所院内。1976年甘肃省将甘肃省畜牧兽医工作队分设为甘肃省畜牧科学研究所、甘肃省草原工作队、甘肃省畜牧兽医技术推广总站，其人员也分别编入以上三个单位。1978年10月，中国农科院以畜牧三个研究室人员为基础成立了中国农科院兰州畜牧研究所，所址定在小西湖。

1996年11月，经农业部、中国农业科学院批准，中国农业科学院中兽医研究所与中国农业科学院兰州畜牧研究所合并，组建了中国农业科学院兰州动物与兽药研究中心。1997年12月,经中央机构编制委员会、科技部、财政部批准，两所合并组建的中国农业科学院兰州动物与兽药研究中心定名为中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，并保留中兽医研究所的编制。研究所成为涵盖畜牧、兽医、兽药、草业4大学科研究的综合性农业科研单位。2002年，研究所被科技部、财政部、中编办等三部委确定为非营利性科研机构。