中国林业科学研究院的机构设置丰富多样，涵盖了科研、管理、服务等多个领域。院部机关设有办公室、科技管理处、产业发展处等职能部门，以及负责离退休干部服务、企业运营等直属单位。其中，林业研究所作为最早的综合性林业研究机构，自1953年起，凭借其科技实力在中国林业科研院所中名列前茅。亚热带林业研究所和热带林业研究所分别致力于亚热带和热带地区的林业研究，而森环森保所专注于森林生态与病虫害防治研究。
资源信息研究所和资源昆虫研究所分别在森林资源调查和资源昆虫研究领域发挥重要作用，木工所则是木材工业的重要研发中心，林产化学工业研究所则在木质和非木质林产品化学加工方面有深厚积累。科信所作为林业科技信息中心，提供信息分析和决策支持，是亚洲最大的林业专业图书馆和科技查新咨询单位。
热带、亚热带和沙漠林业实验中心分别承担热带和干旱地区林业科学研究及推广任务，华北林业实验中心则专攻华北干旱山区的绿化造林技术。泡桐、桉树和竹子研究开发中心专注于这些重要经济林木的研究与推广，机械研究所则进行木材加工机械的研究和设计。研究院还与黑龙江分院、华北林业研究所和大熊猫研究中心等联合共建单位，共同推动林业科学的发展和生态保护工作。
中国林业部直属综合性专业研究机构。1958年10月于北京在原中央林业研究所和森林工业研究所的基础上建立。该院贯彻科学研究面向经济建设的方针，密切结合林业生产，以应用研究和开发研究为主，相应地开展基础研究。其主要任务是：围绕林业生产建设，研究解决有关加快绿化祖国、扩大森林资源、加强森林经营、提高森林生长量、合理利用森林资源、发挥森林多种效益等方面的重大科学技术和经济问题；同时致力于培养科技人才、搜集科技情报、组织学术交流、推广科技成果、开展国际科技合作、提供科技咨询服务等工作。