实验室是在我国土壤微生物学学科的奠基人、中国科学院院士陈华癸教授创建的微生物学国家重点学科的基础上逐步发展，并主要整合校内优势学科即国家重点学科生物化学与分子生物学和省级重点学科预防兽医学等的相关研究力量而组成。1990年由农业部批准建设，1992年经专家评估，被确认为“农业部农业微生物重点开放实验室”。1996年、1999年和2002年连续三次参加了农业部组织的重点开放实验室评估，均被评为农业部优秀重点开放实验室。2002年经申请和论证，被命名为“农业微生物教育部重点实验室”。2003年12月，经科技部批准立项建设“农业微生物学国家重点实验室”，2006年10月通过科技部验收。1996年、2001年、2006年、2011年和2016年分别参加了科技部组织的生命科学领域国家重点实验室和部分优秀的部门重点实验室评估，均被评为良好。2022年联合安琪酵母股份有限公司和中国农业科学院生物技术研究所两家优势单位，顺利完成全国重点实验室重组，同年11月获批农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室。

 实验室是我国专门以农业微生物为研究对象的全国重点实验室，也是农业农村部农业微生物资源利用学科群牵头单位。实验室面向农业绿色发展、大食物观和粮食安全等国家重大战略需求，重点挖掘生物固氮、杀虫抗病、动物健康、环境、食用菌和酵母等农业微生物种质资源，解析重要农业微生物的结构与功能、揭示农业微生物－宿主－环境相互作用机理，改良和创造功能性农业微生物种质资源，创制新型高效安全的微生物产品。