粒子天体物理中心的历史可以追索到20世纪50年代初。1951年，在王淦昌、肖健的领导下，中科院近代物理所成立了宇宙线组，利用小云室开展宇宙线研究；1954年，在云南落雪山海拔3180米处建设了中国第一个高山宇宙线实验室；1958－1965年间在张文裕、肖健等的领导下，在落雪山建设了新的宇宙线高山站。后来，宇宙线高山站人员迁回北京。2002年6月，高能所在相关研究机构的基础上成立粒子天体物理中心。在五十余年的历史中，著名物理学家张文裕、王淦昌、肖健等院士曾任本室主任，著名物理学家钱三强、何泽慧院士始终关心并置身于本室的科学研究。
粒子天体物理中心的主要研究方向为宇宙线观测和物理研究、空间高能天体物理实验和物理研究、中微子物理实验和物理研究以及反物质和暗物质探测和理论研究。本中心具备研制地下、地面、高山到空间的各种高能粒子探测设备的能力，拥有探测器研制、实验、观测、数据处理、方法研究和物力解释等诸方面的综合优势。目前中心承担的主要研究项目：
1.建有国际著名的羊八井宇宙线观测基地，包括中日合作ASγ实验和中意合作ARGO实验两个大型宇宙线探测阵列以及一大批多学科交叉研究设备；
2.提出并负责建造我国第一台太空望远镜——硬X射线调制望远镜HXMT;
3.负责载人航天工程科学应用系统空间天文分系统；
4.参加中法合作天文卫星空间变源监视器SVOM，承担中方的两个科学载荷之一伽马射线监视器GRM的研制；
5.参加探月嫦娥工程，负责其主要载荷之一X射线谱仪的研制，用于探测月球元素丰度；
6.参加丁肇中教授负责的大型国际太空站项目阿尔法磁谱仪AMS，负责其电磁量能器的研制；
7.参加大亚湾中微子实验，负责其反符合探测器系统的研制；
8.建立有国内唯一的高空科学气球系统。
粒子天体物理中心现有正式研究人员111名，其中研究员19名（包括何泽慧、李惕碚、陈和生三位中科院院士），博士后、研究生及长期访问学者130余名。