南开大学应用化学与工程研究所（简称“应化所”）的前身为1932年成立的南开大学应用化学研究所。作为我国高校中首个应用化学研究机构，它开创了高等院校服务国家产业需求的先河。首任所长张克忠教授，博士毕业于美国麻省理工学院，曾师从化工学科奠基人W. K. Lewis教授。张克忠教授24岁时提出的“张氏扩散原理”，至今仍被业界奉为经典。

创所之初，张克忠教授以“知中国，服务中国”为宗旨，倡导麻省理工学院“理论与实际并重”、“教学与科研并举”的办学理念，每年安排一定时间组织学生参与实际工作，如化学分析、设备安装与调试等。在当时的《南开大学应用化学研究所章程》中明确提出“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”的宗旨。该研究所与何廉教授主持的经济研究所并称为张伯苓校长治校的“双子星”。

1937年，随着日军侵华毁校，随学校先后迁往重庆和昆明，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，在全国院系调整中，工学院（含应化所）并入天津大学。

1986年，由申泮文院士牵头恢复重建应化所，重点开展贵金属电化学研究，积极推动电镀技术产业化发展；1988年，招收应用化学专业本科生。

2015年，随着学校津南校区的正式启用，材料化学系大部分人员并入新成立的材料科学与工程学院，与此同时南开大学应用化学与工程研究所也重新恢复建制。目前，重建后的应化所共有专职人员43人（含中国科学院院士1人、“万人计划”领军人才2人、国家杰青7人、“四青”人才8人次），教授及研究员20人，副教授11人，博士生导师21人，硕士生导师31人，形成了多学科交叉的高水平科研团队。

依托化学一级学科国家重点学科、特种化学电源全国重点实验室、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，开展光/电化学能量转化与存储、清洁能源催化转化、绿色能源资源循环利用等研究，培养理工结合型应用人才，为经济和社会服务。

应化所位于天南联合楼A座，拥有完备的教学科研实施平台和先进的分析表征仪器，包括球差校正透射电镜、透射电子显微镜、双束电子显微镜、扫描电子显微镜、顺磁共振波谱仪、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，为前沿科学研究与技术成果转化提供了有力支撑。