新中国成立不久，柴达木盆地盐湖资源的考察与开发利用受到党和国家的重视，盐湖科学研究工作逐渐得到蓬勃发展，逐步揭开了盐湖宝藏的奥秘。

1951年，兰州大学教授戈福祥上书政务院，建议国家重视柴达木盆地盐湖资源的科学研究和开发，当时政务院副总理李富春将此建议批转给中国科学院考虑。1955年，中国科学院化学研究所据此建议组建了由柳大纲教授领导的物化分析组，1956年对青海茶卡盐湖进行物理化学研究。同年中苏两国科学院合作会谈中，“柴达木盆地盐湖科学调查”被列入合作项目之一。

随着社会主义建设和科学技术的发展，盐湖资源系统的调查和研究，提到议事日程。1956年制订的“十二年国家重大科学技术发展规划”的第九项和第二十七项已有盐湖矿床利用的研究内容。

1957年5月，在中国科学院综合考察委员会的具体领导下，组建了以柳大纲为队长，袁见齐、韩沉石为副队长的“中国科学院盐湖科学调查队”。参加的单位有地质部、化学工业部上海化工研究院、食品工业部盐务总局，地质部632石油地质普查大队。调查对象为柴达木盆地的大柴旦、察尔汗、达布逊、尕斯库勒、昆特依和一里坪等盐湖及芒崖矿区。盐湖科研工作者满腔热情地踏进了可爱的盐湖区，从此我国盐湖科研事业如春苗出土般迅速发展。

在1957年至1964年期间，盐湖科学调查队和其他有关单位，对柴达木盆地盐湖特别是大柴旦和察尔汗两湖区进行了重点深入研究。开展了水文地质及水化学、矿床物质成分、采选矿、盐田结构与日晒工艺、化学加工、天然盐物化分析、湖水综合利用等试验研究工作，成绩显著，取得了开创性的成果。通过考察，编制出我国第一份五十万分之一的柴达木盆地盐湖水化学图；分别在大柴旦和察尔汗盐湖发现了柱硼镁石矿和光卤石矿；并在大柴旦盐湖硼矿中陆续发现了多种硼酸盐，其中章氏硼镁石和水碳硼石系在我国首次发现；为国家提供硼、钾、锂、镁等矿产基地，并使这些资源尽早投入开发利用。1957年和1958年先后建大柴旦化工厂和察尔汗钾肥厂，分别利用大、小柴旦湖的钠硼解石矿生产硼砂，利用察尔汗盐湖光卤石矿生产钾肥产品。

与此同时，以中国科学院地质研究所所长、学部委员侯德封教授为队长的中国科学院青（海）甘（肃）综合考察队也组成盐湖分队，对柴达木盆地西部盐湖沉积、天青石沉积和东、西台吉乃尔湖以及一里坪盐湖进行综合考察。侯德封教授在指导石油地质研究中，发现了湖泊沉积天青石矿层，并组织和指导中国科学院兰州地质研究所在大风山开展了天青石矿床的地质研究及盐矿考察，进行了有关矿产资源的地质研究工作。

1958—1960年，中苏两国科学院合作开展了“柴达木盆地盐湖资源勘探与利用”研究项目，参加单位有中国科学院化学研究所、兰州地质研究所、化工部上海化工研究院与天津化工研究院、北京地质学院、北京大学和兰州大学。柳大纲是这个项目的中方负责人。

1960年4月，盐湖科学调查队在北戴河召开第一次全国盐湖盐矿学术会议。会上，柳大纲先生根据前几年盐湖考察和科研作报告，概括了柴达木盆地盐湖资源具有多、大、富、全的四大特点，提出了以资源为对象的如同海水化学一样的“盐湖化学”分支学科，并论述了盐湖化学研究有十个方面的具体任务。

1962年10月，中国共产党召开的八届十中全会，确定以农业为基础的方针。由于农业急需化肥，在中国科学院副院长竺可桢的倡导下，盐湖科研工作进一步活跃起来。1963年2月，中共中央、国务院在北京召开全国农业科技会议，会上确定在察尔汗盐湖建设年产十万吨钾肥厂。随后国家科委组建了以许杰（地质部副部长）、柳大纲、孙艳青（化工部科技司司长）为副组长的盐湖专业组，组织和协调盐湖开发利用研究工作。根据党的八届十中全会精神和国务院的指示，国家科委曾于1963-1964年主持制订了1963-1972年“十年盐湖科学研究规划”，明确提出了盐湖科研工作的方向与任务。为从组织上能保证完成任务，《规划》中还明确要求地质部组建盐湖地质研究所，中国科学院成立盐湖研究所，化工部建立盐湖化工综合利用研究所。

1964年5月，中国科学院党组决定以院属西北化学研究所为基础，抽调兰州地质所、北京化学所和西北高原生物研究所的有关研究人员组建盐湖研究所，由西北化学所负责筹建。从各方面条件考虑，所址设在西宁。经过一年的筹建，建所条件基本具备，中国科学院盐湖研究所于1965年3月6日在西宁正式成立。柳大纲兼任所长，常韬任副所长，景松林任党委副书记，全所职工共211人。

1965年，化工部以部属天津化工研究院、上海化工研究院、连云港化工矿山设计研究院等部分室组为主，以及部属其他几个单位部分人员和青海省海西州大柴旦盐田试验队等单位筹建化工部盐湖化工综合利用研究所。1966年6月，由国家建委提议，国家科委批准，化工部盐湖化工综合利用研究所并入中国科学院盐湖研究所，隶属中国科学院领导。

1970年，由中国科学院与青海省双重领导，所名改为中国科学院青海盐湖研究所，一直沿用至今。

1981年，中国科学院委托兰州分院代管，实行以中国科学院和青海省双重领导，并以中国科学院为主的领导体制。从此，我国盐湖事业的发展进入了科研力量相对集中，科研条件逐渐改善，科研水平不断提高的新阶段。

2016年5月，经中国科学院党组决定，由寒区旱区环境与工程研究所、兰州油气资源研究中心、兰州文献情报中心以及西北高原生物研究所、青海盐湖研究所整合成立中国科学院西北生态环境资源研究院，青海盐湖所成为西北研究院二级事业法人单位。

2023年5月，青海盐湖所由西北生态环境资源研究院的下属事业单位调为院直属事业单位。