В 1909 году Пензенское Губернское Земское Собрание приняло решение «Об учреждении опытного поля» при станции Анучино Мокшанского уезда. Так начиналась история одного из центров сельскохозяйственной науки Поволжья – Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства.
В конце 1921 г. опытное поле реорганизуется в Анучинскую сельскохозяйственную опытную станцию. В связи с расширением научно-исследовательской работы на станции создается второй отдел - отдел селекции, который начинает работу по селекции и сортоиспытанию основных полевых культур.
В 1930 г. создается отдел агротехники и химизации. Начала работать агрохимическая лаборатория. В этом же году формируется отдел защиты растений от вредителей. В 1930–1931 гг. Анучинская сельскохозяйственная опытная станция из комплексной преобразуется в узкоспециализированное учреждение - Анучинский опорный пункт Шатиловской зональной опытной станции по конопле, а в 1932 г. реорганизуется в Лунинскую зональную станцию по конопле и передаётся в ведение Всесоюзного НИИ конопли. Одновременно опытная станция переносится в посёлок Лунино. Отдел селекции ведёт активную работу по созданию сортов среднерусской конопли и акклиматизации её южных разновидностей.
С 1 января 1940 г. опытная станция реорганизуется в Пензенскую областную сельскохозяйственную опытную станцию, а в феврале 1956 г. – в Пензенскую государственную опытную станцию.
В 1989 г. была открыта лаборатория картофелеводства, начавшая активную работу по изучению и оптимизации технологий производства картофеля, исследования по совершенствованию и развитию семеноводства.
В апреле 1991 г. на базе Пензенской областной государственной сельскохозяйственной опытной станции был организован Пензенский научно-исследовательский институт сельского хозяйства.
За период с 1991 по 2017 годы Пензенский научно-исследовательский институт сельского хозяйства под руководством д.с.-х.н. член-корреспондента РАН В.Б. Беляка (с 1991 по 2002 г.) и д.с.-х.н. А.А. Смирнова (с 2002 по 2017 г.) стал крупным центром аграрной науки Поволжья.
В декабре 2018 года Пензенский НИИСХ вошёл в состав ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур» в качестве филиала.
В 2019 г. Пензенский институт сельского хозяйства встретил свой 110-летний юбилей.
В 2020 году в соответствии с приказом Минобрнауки России от 03.02.2020 № 171 Пензенский институт сельского хозяйства реорганизован в обособленное подразделение ФГБНУ ФНЦ ЛК в городе Пенза.