สถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ เป็นพระดำริที่สำคัญประการหนึ่งของสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติราชนารี ในการพัฒนากำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับสูงของประเทศไทย ซึ่งเป็นสาขาวิชาที่ขาดแคลนและมีความสำคัญในการพัฒนาประเทศชาติ โดยมุ่งเน้นความเป็นเลิศทางวิชาการในระดับนานาชาติ และอาศัยความร่วมมือทางวิจัยและวิชาการกับสถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ ซึ่งเป็นหน่วยงานในกำกับของสำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ

สถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ ได้รับอนุมัติให้จัดตั้งขึ้นเป็นสถาบันอุดมศึกษาเอกชนซึ่งมีมูลนิธิจุฬาภรณ์เป็นผู้รับใบอนุญาต เมื่อวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2548 โดยมีสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี เป็นองค์นายกสภาสถาบัน เพื่อเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ในโอกาสมีพระชันษาครบ 48 พรรษา สถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ ได้เปิดการสอนเป็นหลักสูตรนานาชาติ แก่สาธารณชน แบบไม่หวังผลกำไร โดยได้กำหนดวิสัยทัศน์ “สร้างผู้นำทางปัญญาแห่งวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี” สถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ ได้รับพระราชทานเงินจากมูลนิธิจุฬาภรณ์ในการสร้างอาคารเรียนและปฏิบัติการ นอกจากได้รับงบประมาณสนับสนุนการดำเนินงานจากมูลนิธิจุฬาภรณ์ สถาบันฯยังได้งบประมาณสนับสนุนงานวิจัยและทุนการศึกษาจากศูนย์ความเป็นเลิศทางด้านสิ่งแวดล้อมสุขภาพ พิษวิทยาและการจัดการสารเคมีที่เป็นพิษ และทุนการศึกษาของนักศึกษาต่างชาติจากสำนักงานความร่วมมือเพื่อพัฒนาระหว่างประเทศ