中国科学院南京地理与湖泊研究所的历史可以追溯到1937年，当时国民党国立中央研究院开始筹备地理研究所，聘请李四光先生担任筹备处主任。然而，由于战乱和经费问题，这一计划未能实现。1940年，朱家骅提议在重庆北碚创建中国地理所，由黄国璋任所长，设有自然地理组、人生地理组、大地测量组和海学组，共有40余位职工。1947年，研究所改隶国民党教育部，林超接任所长，随后迁至南京。
南京解放后，研究所由南京市军管会接管，人员规模骤减。1950年，研究所移交中国科学院并成立筹备处，竺可桢和黄秉维担任正副主任。1953年，中国科学院地理研究所正式成立，黄秉维任所长，设有地理、大地测量和地图等研究部门。1957年，大地测量组独立成为测量制图研究室，1958年迁至武汉并更名为中国科学院武汉测量制图研究所。部分研究者留在南京，成立了湖泊研究室和地理室，施成熙教授任湖泊室主任，任美锷任所长，周立三任副所长。1970年，研究所体制调整，归属江苏省科技局领导，改名为“江苏省地理研究所”。1979年，经科学院批准，研究所成为中国科学院双重领导，以科学院为主，改名为“中国科学院南京地理研究所”。1980年，研究所回归中国科学院建制。
1998年和2000年，研究所分别成为中科院科研基地型研究所试点单位和A类研究所。2001年，加入知识创新工程试点，2006年进入创新三期。目前，研究所拥有171名在职职工，其中包括1位院士和多名高级研究员。研究所设有多个博士、硕士学位授予点，培养了大量研究生，对湖泊科学和区域地理学有显著贡献，尤其在湖泊科学领域具有国际影响力，为我国湖泊资源管理和环境保护做出了重大贡献。
进入21世纪，研究所致力于湖泊环境治理、资源合理利用、生态修复以及经济发达地区可持续发展等领域的研究，不断加强科技创新，人才队伍不断优化，学科优势明显。研究所将紧跟国际科学前沿，制定长远目标，建设湖泊-流域科学联合研究创新体系，提升决策科学支撑能力，培养国际一流的研究人才，为我国乃至全球湖泊科学的发展做出更大的贡献。
中国科学院南京地理与湖泊研究所的前身系1940年8月在重庆北碚成立的中国地理研究所，是全国唯一以湖泊-流域系统为主要研究对象的综合研究机构。中国科学院院士黄秉维、任美锷、周立三曾先后担任过所长。现有在职职工171人，其中有中科院院士1人、研究员29人、副研究员和高级工程师72人。在站博士后近20人，在学研究生规模超过150人。