实验室依托中国科学院分子植物科学卓越创新中心组建，整合植物分子遗传国家重点实验室、光合作用与环境生物学开放实验室和合成生物学重点实验室等优势资源，于2022年6月经中国科学院正式批准建设。

实验室面向国家“碳达峰、碳中和”战略目标和国际植物学研究科技前沿，开展植物光合作用、生物固氮以及生物质储存、转化和利用的前沿基础和应用基础研究，创新植物碳氮高效基础理论，设计并创制高碳汇作物原型，建立从基础理论研究、技术方法革新到植物碳汇评价的全链条研究系统，为“碳中和”提供可持续性生物解决方案，构筑面向世界“碳中和”生物解决方案的创新策源地。