中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心成立于1991年，以全球气候和环境变化研究为中心重点研究方向。1994年，中心成为唯一代表中国参加政府间国际科技组织“南方科技促进持续发展委员会（COMSATS）”的“优秀科学中心”（Center of Excellence）。中心先后承担着大气物理研究所气候系统模式、地球系统动力学模式、气候与环境灾害预测、自然控制论理论及其应用等领域的研究。大气物理研究所于2009年以国际气候与环境科学中心为基础，批准成立了“地球系统理论和模拟研究”开放实验室，旨在加强地球系统模式的研制及其应用研究，2013年中心还被遴选为首批五个中国科学院-发展中国家科学院（CAS-TWAS）的卓越中心之一。

中心长期以来从事地球系统模式研制、气候环境灾害预测、自然控制论理论及其应用等领域的研究，是中国科学院三期创新项目群“地球系统动力学模式研制”、国家自然科学基金重点项目“地球系统动力学模式的理论框架及初步设计”、中国科学院碳专项项目“气候模式模拟与预估中的不确定性问题”、国家科技部全球变化973项目“生态和环境过程模式的研制与改进”和“高分辨率气候系统模式的研制与评估”的牵头单位和研究主体，领衔组织研制中国科学院地球系统模型，并开展在气象环境灾害领域的应用研究。

作为大气物理研究所的重要科研创新单元之一，中心以“气候”与“生态和环境”变化问题为研究目标，以地球系统动力学基础理论、地球系统动力学模式研制及应用、自然控制论理论及其在气象环境灾害调控中的应用为其学科定位，建成我国地球系统科学工作者可以共同参与、共同享用的“地球系统动力学模式”的开放科学研究平台，同时运用这样的模式平台预测未来的气候与生态和环境变化；并与我院、我国相关联的观测研究平台等相互配合，一起支撑起我院、我国的地球系统研究的复杂体系；旨在提升我国在地球系统科学的国际地位，为我国经济社会的可持续发展、土地资源的合理利用、气候与生态和环境的保护、改善和调控，以及为应对全球气候、生态和环境变化问题的外交谈判和决策提供科学依据。

此外，十二五国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”于2017年2月正式立项，而中心正是该大科学装置前期申请、预研的主要依托部门。该大科学工程装置的核心目标是研发全球地球系统模式数值模拟软件平台，该平台包括完整的物理气候系统与生态环境及生物地球化学过程耦合的地球系统模式，同时还将拓展包括空间天气、固体地球、大陆冰盖等过程模块。中心对上述国家科研创新体系建设发挥重要的作用。

中心已经形成了一支高水平、老中青相结合的模式研发、资料同化及预测应用的研究团队。该团队以上述领域的学术带头人和青年科研骨干为主，在本领域有着较高学术造诣，学风严谨、勇于创新、团结协作。实验室现有人员53人，其中研究员15人，正研级高工1人，副研究员13人，高级工程师2人，助研7人，博士后7人，支撑团队6人。此外，实验室还有一支近50人的流动研究生队伍。