Институт является правопреемником Центрального научно-исследовательского, проектно-технологического и конструкторского института механизации льноводства с опытным производством, созданного в соответствии с приказом Государственной комиссии Совета Министров СССР по продовольствию и закупкам от 27 сентября 1989 года № 6 и приказа Госагропрома Нечерноземной зоны РСФСР от 9 ноября 1989 года № 326 на базе Калининского филиала ГОСНИТИ, Калининского филиала Центрального опытно-конструкторского технологического бюро ГОСНИТИ и Калининского опытного завода ГОСНИТИ.

На основании Указа Президента Российской Федерации от 30 января 1992 года № 84 «О Российской академии сельскохозяйственных наук» на базе Российской академии сельскохозяйственных наук и Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук создана единая Российская академия сельскохозяйственных наук (далее — Россельхозакадемия).

Согласно совместному приказу Минсельхозпрода России и Россельхозакадемии от 7 апреля 1998 года № 181/46 институт передан в ведение Россельхозакадемии и стал именоваться — Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации льноводства Российской академии сельскохозяйственных наук (сокращенное наименование — ГНУ ВНИПТИМЛ Россельхозакадемии).

В 2008 году без образования юридического лица к институту присоединен в качестве структурного подразделения Всероссийский научно-исследовательский институт лубяных культур.

В 2010 году в соответствии с Постановлением Президиума Россельхозакадемии институт переименован в Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации льноводства Российской академии сельскохозяйственных наук (сокращенное наименование — ГНУ ВНИИМЛ Россельхозакадемии).

В соответствии с Федеральным законом от 27 сентября 2013 г.
№ 253-ФЗ «О Российской академии наук, реорганизации государственных академий наук и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2013 г. № 2591-р Институт передан в ведение Федерального агентства научных организаций (ФАНО России). В 2014 году переименован в Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации льноводства» (сокращенное наименование — ФГБНУ ВНИИМЛ)