实验室是以农业部“小麦栽培生理与遗传改良重点开放实验室”和山东省“植物遗传工程重点实验室”、“果树生物学重点实验室”、“植物分子生物学重点实验室”为基础组建，于2003年经科技部批准为首批省部共建国家重点实验室培育基地，2007年批准为国家重点实验室。实验室依托山东农业大学作物学、园艺学、生物学3个一级学科博士点和3个博士后流动站以及作物栽培学与耕作学和果树学2个国家级重点学科。
作物生产具有鲜明的地域性，黄淮海地区是我国粮食和果蔬主产区，具有十分重要的地位。实验室针对黄淮海地区小麦、玉米、苹果等主要作物生产面临的高产优质与资源高效利用矛盾突出、作物种质遗传基础狭窄且优异种质缺少等突出难题，围绕国家产业需求，凝练关键科学问题，坚持多学科交叉，从分子、细胞、个体与群体水平上开展应用基础研究，为创制作物优异种质、培育作物新品种、创新耕作栽培技术，实现作物高产、优质、高效、生态、安全提供理论、技术与人才支撑，推动产业可持续发展。