2000年8月17日经教育部批准正式成立，2001年5月21日正式对外挂牌开放，饶子和教授任实验室首届主任，周海梦教授任学术委员会主任。2005年参加教育部重点实验室评估进入优秀类；2006年参加国家重点实验室评估进入良好类；孟安明教授任实验室主任，饶子和教授任学术委员会主任；2010年参加生命科学领域教育部重点实验室评估，以排名第一的成绩进入优秀类实验室。

目前，实验室主任为王志新院士，副主任罗永章教授、王新泉教授。学术委员会由10位国内著名专家组成，主任为孟安明院士。包括生物物理学、细胞生物学、分子生物学、化学合成等多个领域的专家。

实验室的指导思想为：立足基础研究，结合国家目标，加强前沿交叉，注重自主创新。总体研究方向是蛋白质结构和功能的研究，细胞信号转导的分子机制，重大疾病相关蛋白质研究，蛋白质研究新技术新方法等当代生命科学的前沿。

实验室主要有四个研究方向：蛋白质机器的结构和功能；细胞信号转导的分子机制；重大疾病相关蛋白质研究；蛋白质研究新技术新方法。

在2016-2020五年建设期内，实验室面向国家重大需求和国际生命科学前沿，发挥多学科交叉优势，努力探索生命科学领域与蛋白质相关的重大科学问题，获得了一批蛋白质结构和功能方面的新知识，培养了一批优秀领军人才，有力促进了我国蛋白质科学的发展，初步建成了国际一流的蛋白质科学研究与教学中心，其中结构生物学方向已经达到国际领先水平。