南开大学应用化学与工程研究所（以下简称应化所）的前身为南开大学应用化学研究所，成立于1932年，是我国第一个高校应用化学研究所。第一任所长为张克忠教授，他博士毕业于美国麻省理工学院化学专业，师从化工“鼻祖”、著名教授路易士（W.K.Lewis）。张克忠教授24岁时就创立了“张氏扩散原理”，并被沿用至今。
创所之初，张克忠教授倡导麻省理工学院“理论与实际并重”、“教学与科研并举”的理念，每年安排一定时间让学生参加实际工作，如化学分析、设备安装和调试等。在当时的《南开大学应用化学研究所章程》上这样写道：“本所目的，在研究我国工商业实际上之问题，利用南开大学之设备，辅助我国工商界改善其出品之质量，俾收学校与社会合作之实效。”
初创时期的应化所人员虽少，但都是我国著名的化学家，如邱宗岳、杨石先和高长庚等教授。应用化学研究所与何廉教授主办的经济研究所是张伯苓校长的两颗掌上明珠。
1937年，随着日军侵华毁校，应化所先后迁至重庆和昆明，抗战结束后直到1947年，也就是南大复校不久，张克忠教授才又重新建立应化所。1952年，全国大专院系调整，南开大学工学院各系并入天津大学。
1986年，在国内科技体制改革高潮中，申泮文院士又重新建立了南开大学应用化学研究所，以贵金属电化学为主要工作内容，生产贵金属电镀化学试剂，指导有关生产电镀技术和回收残废贵金属直至2004年初；1988年，招收应用化学专业本科生。
2015年，南开大学应用化学与工程研究所又重新恢复建制，恢复后的应化所现有固定研究人员24人，技术人员4人，管理人员1人，其中国家杰出青年基金获得者3人，国家优秀青年科学基金获得者1人，教育部新（跨）世纪人才4人。教授14人，副教授9人，博士生导师11人，硕士生导师23人。
依托化学一级学科国家重点学科、国家“2011计划”天津化学化工协同创新中心，拥有理学（化学）一级学科博士学位授予点和博士后科研工作站，以国家和天津市的能源重大需求为牵引，以创造新物质和追求原子经济性的化学科学发展为推动，着重于能源-材料-化学-环境-经济等多学科的交叉重大问题，开展能源化学及应用、精细化学品的设计、合成及应用、生物、药物体系分析及应用研究，培养理工结合型应用人才，为经济和社会服务。
目前我所地处联合大楼，拥有完善的教学科研场所和先进的仪器分析表征，如冷场发射扫描与透射电子显微镜、顺磁共振波谱仪、智能重量吸附仪、磁控及蒸发镀膜系统、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、原子力显微镜、同步热分析仪、物理化学吸附仪、显微拉曼光谱仪等大型仪器。