El Departamento de Química del Cinvestav fue inaugurado el 5 de julio de 1965, con los investigadores extranjeros Joseph Herz, Tihomil Marcovic, Douglas McEachern, Achiles Dlugjczik y los mexicanos Pedro Joseph Nathan y Pedro Lehman.
El grupo pone en marcha, en 1966, los programas de maestría y doctorado en Química Orgánica y Fisicoquímica que permanecieron vigentes de 1966 a 1990, los cuales fueron conducidos por diferentes investigadores mexicanos y extranjeros que estuvieron temporalmente en el departamento, los cambios dieron lugar a una ampliación en las líneas de investigación, al introducir temas relacionados con la química orgánica. 
En 1991 el colegio de profesores realizó una modificación fundamental al posgrado, implementando el primer programa de Doctorado Directo en Química Orgánica, Inorgánica y Fisicoquímica. En 1998, se realizaron nuevos cambios que dieron origen al Doctorado en Ciencias Químicas, que fortalece la existencia de proyectos interdisciplinarios al permitir al estudiante en formación tener una imagen más global de algunos problemas químicos. 
En su historia el Departamento han formado muchos de los investigadores que ahora trabajan en diversas instituciones de los estados de la república y en el extranjero. Actualmente existen 20 investigadores en cinco áreas: Química Orgánica; Química Biológica; Fisicoquímica; Química Inorgánica; y Química Teórica. El Programa de Posgrado ha permanecido en el Sistema Nacional de Posgrado de Conacyt desde que fue creado, siempre teniendo el máximo nivel de calidad otorgado; el reto diario es no solamente permanecer, sino mejorar. 
Desde su formación, el Departamento comenzó con programas de interacción muy intensos con varias universidades mexicanas a través de diferentes actividades académicas como: Escuela de Primavera, Encuentro de talentos, Jóvenes en la Investigación y más recientemente el programa Iniciación a la Investigación Química (I2Q) que se utiliza como una de las formas de ingreso al programa de doctorado.