Інститут тваринництва НААН України є складовою частиною мережі науково-дослідних інститутів Національної академії аграрних наук України. За результатами державної атестації, проведеної 18 жовтня 2022 р. Інституту тваринництва НААН присвоєно статус І кваліфікаційної групи.
8 жовтня 1929 року указом № 706/2594 Наркомзему УРСР на базі зоотехнічного відділу був створений Український інститут молочного господарства – перша назва нинішнього Інституту тваринництва, що знаходиться в мережі галузевих науково-дослідних інститутів ВАСГНІЛ.
Основні напрямки діяльності Інституту в той час – забезпечення наукового супроводу галузей молочного скотарства, свинарства, вівчарства, птахівництва в Україні, Білорусі, Молдові, Центрально-чорноземної області і Північному Кавказі.
Інститут кілька разів змінював назву, що, перш за все, обумовлювалося розширенням сфери досліджень. У структурі Інституту діяли відділи (сектори) кормовиробництва, молоковедення, генетики, селекції та розведення, годування тварин, механізації, організації та економіки молочного господарства, лабораторія зоохіманалізу, наукова бібліотека, відділ пропаганди і винаходів, видавнича група і музей.
У перші роки діяльності в інституті були розширені дослідження по годівлі різних видів сільськогосподарських тварин, на базі яких побачили світ “Відомості про склад і поживності кормів України”. Уже в кінці 40-х років ХХ століття база налічувала 474 різних кормів, і в ній були представлені дані про перетравлення кормів, їх вітамінний і мінеральний склад.
У довоєнні роки в Інституті розпочато дослідження по штучному заплідненню тварин (І. Бухарін), економіки тваринництва (А. Соловйов). Вивчалися породні ресурси України, результати метизації місцевих порід (А. Яценко). У 1932 році вийшов перший Науково-технічний бюлетень Інституту.
У грудні 1943 року, після повернення з евакуації, співробітниками Інституту відновлювалися приміщення, налагоджувалася науково-дослідницька робота. В Інституті створені нові підрозділи: відділ конярства, лабораторія фізіології, лабораторія біохімії. Деякий час Інститут займався питаннями бджільництва і рибальства.
У 1947 році при Інституті створена перша в Україні станція зі штучного запліднення тварин.
Повоєнне становлення Інституту під керівництвом директора І. А. Даниленка відзначено розвитком наукової діяльності в напрямку розробки технологій утримання та годівлі тварин, оптимальних строків заготівлі кормів, зокрема, силосних, розробки норм і раціонів, з урахуванням вимог щодо вмісту білка, вуглеводів, вітамінів і мікроелементів.
У 60-70 рр. минулого століття Інститут стає провідною науковою установою в галузі тваринництва в Україні та колишньому СРСР. Встановлено тісні зв’язки з зарубіжними вченими і фахівцями, в результаті чого було створено відділ зовнішніх зв’язків, який займався координацією роботи з іноземними науковими установами.
Цей період знаменний створенням наукових шкіл, що виконують освітню і дослідницьку роботу і сьогодні (Ф. І. Осташко, Е. М. Доротюк, Д. А. Волков, Е. І. Адмін, В. В. Цюпко, С. І. Кутіков , А. А. Омельяненко, А. Е. Мянд і ін.).
За останні 50 років вчені Інституту зробили чимало теоретичних і практичних розробок, які широко впроваджені у виробництво. У 1949-51 рр. І. В. Смирновим доведена здатність сперміїв зберігати біологічну повноцінність і генетичну інформацію в умовах тривалого зберігання при низьких (до –196 °С) температурах і з подальшим отриманням нормального потомства. Це стало відкриттям світового значення. В Інституті вперше в світі були отримані кролики, ягнята і телята після запліднення маток спермою, яку зберігали в замороженому стані в рідкому азоті. Цей напрямок успішно розвивається і сьогодні учнями академіка УААН Ф. І. Осташко, доктора с.-г. наук А. Д. Бугрова, академіка НААН М. Д. Безуглого і ін. Федором Івановичем Осташко розроблено теорію температурного шоку, фортифікації мембранного апарату статевих клітин, різні методи і технології штучного запліднення корів, зокрема, відома Харківська технологія взяття, оцінки, розведення і кріоконсервації сперми. Під його керівництвом в 1983 р вперше в Україні отримано теля від трансплантації ембріонів, приплід із зародків, культивованих поза організмом (1995 р.), розпочато дослідження з генної інженерії.
На базі Інституту тваринництва створений (1998 р.) єдиний в Україні Біотехнологічний центр, який є лідером в розробці сучасних біотехнологій для 
тваринництва.
Значні досягнення Інституту і в розробці теоретичних питань селекції і виведення нових високопродуктивних порід, ліній і гібридів сільськогосподарських тварин: миргородська сальна порода свиней (1940 р.); лебединська молочно-м’ясна порода великої рогатої худоби (1950 р.); українська верхова порода коней (1990 р.); українська червоно-ряба молочна порода великої рогатої худоби (1992 р.); українська м’ясна порода великої рогатої худоби (1993 р.); м’ясна порода свиней (1993 р.); волинська м’ясна порода великої рогатої худоби (1994 р.), українська чорно-ряба молочна порода великої рогатої худоби (1995 р.); порода коней – Новоолександрівський ваговоз (1998 р.). Всього селекціонерами Інституту в тісній співпраці з науковцями інших інститутів створено понад 10 вітчизняних порід і понад 100 нових типів, ліній і гібридів тварин, продуктивність яких перевищує батьківські форми на 12-15 %.
У 60-80 рр. Інститут брав активну участь в розробці технологій для комплексів і агропромислових об’єднань. В Інституті з’являються нові підрозділи: відділ технології утримання молочної худоби, технології виробництва яловичини, технології виробництва свинини та ін. Однією з перших в Україні є розробка технологій безприв’язного утримання молочного стада на 1200 корів на глибокій підстилці з доїнням в молочному залі, реалізована у вигляді експериментального молочного комплексу ДП ДГ “Кутузівка”, який і тепер є постійним полігоном для розробки і впровадження інновацій в молочному скотарстві.
На сьогодні Інститут тваринництва Національної академії аграрних наук України є провідним науково-методичним центром “Технології в тваринництві”, селекційним центром з молочного і м’ясного скотарства, конярства, свинарства, вівчарства, звірівництва. Міністерством АПК України в розрізі структурних підрозділів Інституту присвоєно статус лабораторії з оцінки якості м’яса, молока, вовни, з генетичного контролю, по трансплантації ембріонів, підприємства з племінної справи в скотарстві ІІI категорії.
В Інституті працюють 83 співробітники, з низ 62 наукових співробітники, в тому числі 1 академік НААН, 2 член-кореспонденти НААН, 12 докторів та 36 кандидатів наук.
Випробувальний центр Інституту тваринництва НААН акредитований відповідно до вимог ДСТУ EN ISO/IEC 17025:2019 в сфері: органічні, фізико-хімічні, мікробіологічні, імунологічні випробування, наявність генно-модифікованих організмів харчових продуктів, сировини тваринного та рослинного походження, кормів, біологічного матеріалу.
На базі Інституту функціонує Технічний комітет (ТК 158) “Тваринництво: технології, племінна справа та відтворення”.
Інститут є координатором програм міжлабораторних порівнянь результатів вимірювань і спеціалізованим центром Державної служби стандартних зразків.
В Інституті функціонує метрологічна служба, зусиллями якої здійснюється постійна перевірка і налагодження точного обладнання і апаратури та його підготовка до метрологічних випробувань.
В теперішній час діяльність Інституту спрямована на обґрунтування галузевої структури параметрів і оптимізації виробництва продукції с.-г. підприємств різних типорозмірів; розробки бізнес-планів; впровадження у виробництво сучасних енергоресурсозберігаючих технологій виробництва продукції тваринництва, генетики, біотехнології, кріоконсервації і штучного осіменіння тварин; засобів механізації та автоматизації виробничих процесів, технологій виробництва, заготівлі та підготовки кормів до згодовування, годівлі с.-г. тварин; дослідження і екологічний моніторинг якості продукції тваринництва.
У мережу Інституту входить державне підприємство ДГ “Гонтарівка”, яка є базою для науково-дослідних робіт і впровадження наукових розробок, виробником цінних генетичних ресурсів – племінного молочного і м’ясного худоби та овець.
В Інституті кваліфіковано поставлена робота з підготовки наукових кадрів через аспірантуру за спеціальністю 204 – технологія виробництва та переробки продукції тваринництва.
В Інституті функціонує спеціалізована Вчена рада із захисту кандидатських і докторських дисертацій за спеціальностями: 06.02.01, 06.02.04 (сільськогосподарські науки), яка діє згідно з наказом № 387 від 04.03.2020 р.
Інститут має власне наукове видання: “Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва НААН” (включений до Нового переліку наукових фахових видань України, згідно з рішенням Атестаційної колегії Міністерства освіти і науки України, наказ № 747 від 13 липня 2015 в галузі “сільськогосподарські науки”.