История института начинается с организации в 1941 г. в г. Якутске по инициативе основоположника мерзлотоведения проф. М. И. Сумгина научно-исследовательской мерзлотной станции Института мерзлотоведения им. В. А. Обручева АН СССР (Москва). В 1956 г. мерзлотная станция была преобразована в Северо-Восточное отделение московского института. В 1960-1961 гг. на базе этого отделения был создан Институт мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР. В его состав также вошли Игарская, Анадырская и Алданская научно-исследовательские мерзлотные станции.

Организатором и бессменным руководителем (1961-1987 гг.) Института мерзлотоведения СО РАН был один из основоположников геокриологической науки России, первый Президент Международной ассоциации по мерзлотоведению (1983-1988 гг.), Герой социалистического труда, Заслуженный деятель науки и техники РСФСР и ЯАССР академик Павел Иванович Мельников (1908-1994 гг.). С 1988 по 2003 г. директором института был действительный член Международной инженерной академии и Академии наук РС (Я), заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук Каменский Ростислав Михайлович (1936-2008 гг.). С 2004 г. по 2011 г. директором института являлся действительный член Российской инженерной академии, заслуженный деятель науки РФ и РС(Я), доктор технических наук Чжан Рудольф Владимирович.

Благодаря трудам якутских ученых-мерзлотоведов основаны и развиты следующие научные направления на стыке геокриологии и смежных наук:

• криогидрогеохимия – наука об особенностях формирования химического состава подземных вод криолитозоны, зависимости их гидрохимического режима от величины промерзания, условий водообмена, а также от литологического состава слагающих пород, геоморфологии местности и других факторов;
• криолитология – специальный раздел литологии, призванный изучать состав и криогенное строение мерзлых толщ осадочных пород в зависимости от обстановки их накопления и промерзания и устанавливать закономерности распределения льдистости в осадочных отложениях на основе мерзлотно-фациального анализа. Сформулированы основы инженерной криолитологии;
• геотермия мерзлой зоны литосферы – научное направление, в рамках которого изучаются основные природные факторы, приводящие к возникновению и развитию мерзлых пород, а также выявляется связь мощности криолитозоны с геотектоникой, геодинамикой и тепловым состоянием глубоких недр Земли;
• термореология мерзлых грунтов – новое направление в геокриологии изучающее термореологические свойства мерзлых грунтов и льда на основании исследований их структурных преобразований, физико-механических свойств и т.д.;
• теплофизика ландшафтов – научное направление, раскрывающее взаимосвязь между отдельными компонентами ландшафта, в том числе мерзлотного, и изучающее ландшафтные комплексы методами теплофизики;
• ландшафтное мерзлотоведение, основными задачами которого являются изучение закономерностей пространственной дифференциации и динамики мерзлотных ландшафтов, разработка критериев в оценке их устойчивости и прогноза развития;
• теория тепло- и массообмена в мерзлых, протаивающих и промерзающих грунтах;
• теория физико-химических процессов, протекающих в природной среде при участии твердой фазы воды (льда) и незамерзших жидких пленок воды.
• Положение о совете по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, утвержденное приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 10 ноября 2017 г. N 1093 с учетом изменений, внесённых приказом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации от 7 июня 2021 г. № 458.

Сотрудниками института получены также следующие фундаментальные и прикладные результаты.

1. Открыт Якутский артезианский бассейн подмерзлотных вод; составлены и изданы Карта мерзлотно-гидрогеологического районирования Восточной Сибири, Гидрогеологическая карта Якутии, Карта надмерзлотных вод Якутии, написаны фундаментальные монографии об особенностях формирования, использования и охраны подземных вод криолитозоны.
2. Впервые количественно определена ведущая роль криогенных процессов в разрушении морских берегов Восточной Сибири. На протяжении 13 503 км береговой линии морей Лаптевых и Восточно-Сибирского впервые получена средняя многолетняя скорость отступания берегов за счет термоденудационных процессов.
3. Выполнено комплексное геокриологическое обоснование "строек века" (зоны БАМ, АЯМ, месторождений алмазов, золота, олова, урана и др.) Разработаны рекомендации по уменьшению последствий техногенного преобразования северных геосистем.
4. Установлены основные закономерности и количественные показатели физико-механических свойств мерзлых грунтов в зависимости от изменения условий среды; разработана классификация основных разновидностей мерзлых грунтов Якутии по фазовому составу воды в зависимости от температуры; предложены формулы для определения их физико-механических характеристик; определены расчетные характеристики несущей способности свайных фундаментов на мерзлых грунтах.
5. Разработаны следующие способы и методы строительства зданий и сооружений в условиях криолитозоны, реализованные на практике:
• свайные фундаменты с проветриваемым подпольем;
• свайные фундаменты с "холодными сваями" - железобетонными сваями с встроенными в них охлаждающими устройствами;
• свайные фундаменты с буронабивными сваями;
• поверхностные фундаменты (фундаменты-оболочки, фундаменты структурного типа и плоские фундаментные плиты с сотовым заполнителем);
• подземный способ прокладки трубопроводов;
• метод строительства подземных емкостей (аккумуляторы холода, емкости для хранения различных продуктов, газов и ГСМ);
• метод обеспечения фильтрационной и статической устойчивости мерзлых плотин;
• метод сохранения мерзлых оснований инженерных сооружений с помощью сезоннодействующих охлаждающих систем;
• метод сохранения мерзлых оснований инженерных сооружений за счет использования тепловых насосов.
6. Выявлены основные пространственные и временные закономерности взаимосвязи климат-вечная мерзлота: впервые произведена детальная типизация этих связей в зависимости от ранга климатообразования (от космических до внутриземных); определены особенности распределения климата и вечной мерзлоты на Евразийском и Североамериканском континентах; сделан прогноз изменения климатических условий Якутии до середины XXI века и реакции многолетнемерзлых пород на возможное изменение климата.

За крупные успехи в развитии отечественной геокриологии в 1969 г. институт был награжден орденом Трудового Красного Знамени. В 1995 г. по Указу Президента Республики Саха (Якутия) М. Е. Николаева институту было присвоено имя его основателя и первого директора академика Мельникова Павла Ивановича.