前身是中国农业科学院西北畜牧兽医研究所的畜牧、养羊、牧草三个研究室。西北畜牧兽医研究所于1957年10月成立，隶属中国农业科学院。1965年，畜牧等三个研究室划归中国农业科学院畜牧研究所领导，1970年，原西北畜牧兽医研究所畜牧等三个研究室的建制下放甘肃省。1979年初，中国农业科学院将其收回，建立中国农业科学院兰州畜牧研究所。

该所的方向任务是：面向全国，围绕西北地区种草养畜和南方草地建设，侧重研究解决草食家畜生产中具有重大经济效益的科技问题，以应用研究为主，有重点地开展基础研究，积极进行开发研究。在遗传育种、动物生产、营养、饲料、牧草选育、草地建设、牧草加工利用等方面形成优势，逐步建成全国草食家畜研究中心。主要从事：①组织全国草食家畜品种资源的调查、保存、利用及重点科研项目的协作协调工作。②开展草食家畜的遗传育种、饲养营养、繁殖技术、畜产品加工及综合利用的研究。③开展牧草育种、天然草地改良、人工草地建设综合技术、粮草轮作、饲草料加工、贮藏及利用研究。④开展畜牧经营管理和技术经济研究。⑤组织国内外学术交流、合作研究，编辑出版《中国养羊》、《草与畜杂志》及其他专业书刊。全所设有遗传、养牛、养羊、营养、牧草及情报资料6个研究室。此外，还有一个规模较大的综合试验场。已取得科研成果20余项。主要成果有牦牛及其杂种牛生殖生理；甘肃高山毛肉兼用细毛羊新品种培育；绵羊胚胎移植技术；湖羊胎儿生长发育规律，湖羊本品种选育，湖羊饲养标准；牦牛及半血野牦牛冻精技术；333A青箭筈豌豆新品种；亚麻饼在蛋鸡日粮中应用技术；毛兔营养需要；饲料营养价值及配套饲养管理体系等。