วิทยาเขตชุมพร เริ่มก่อตั้งจากแนวความคิดในการขยายพื้นที่ของสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบังไปสู่ภูมิภาค ในปี พ.ศ. 2526 ได้ทำการศึกษาพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติ ตำบลชุมโค อำเภอปะทิว จังหวัดชุมพร จำนวนประมาณ 11,224 ไร่ และได้ทำการขออนุญาตจากกรมป่าไม้ กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ กระทั่งเมื่อวันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2528 คณะรัฐมนตรีได้มีมติอนุมัติให้สถาบันฯ เข้าทำประโยชน์จากพื้นที่ดังกล่าว สถาบันฯ จึงได้จัดตั้งหน่วยงานต่อทบวงมหาวิทยาลัย และได้รับอนุมัติให้จัดตั้ง "สถานีวิจัยการเกษตรชุมพร" เป็นหน่วยงานเทียบเท่าภาควิชา ในสังกัดคณะเทคโนโลยีการเกษตร แต่สถาบันฯ ได้ขอทบทวนและเปลี่ยนแปลงหน่วยงานเป็น "สำนักศึกษาและวิจัยชุมพร" มีฐานะเทียบเท่าคณะ และได้รับความเห็นชอบเมื่อวันที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2534 โดยให้วิทยาเขตสารสนเทศเป็นทางเลือกที่เหมาะสม ดำเนินการควบคู่ไปกับการพัฒนาระบบการเรียนการสอนทางไกล โดยใช้ระบบเครือข่ายสารสนเทศ เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาการขาดแคลนอาจารย์

ต่อมาในปี พ.ศ. 2534 จังหวัดชุมพร ได้ขอใช้พื้นที่ส่วนหนึ่งของวิทยาเขตชุมพร ในการจัดตั้งสนามบินภายในประเทศของกรมการบินพาณิชย์ กระทรวงคมนาคม จำนวน 4,994 ไร่ และให้ราษฎรใช้ทำกิน (สปก.) ทำให้วิทยาเขตฯ เหลือพื้นที่อยู่จำนวน 3,500 ไร่ ซึ่งวิทยาเขตได้ดำเนินการก่อสร้างอาคารสถานที่ โดยวิทยาเขตฯ ได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงวางศิลาฤกษ์อาคารเรียนรวม และพระราชทานนามว่า "อาคารเฉลิมพระเกียรติ 6 รอบ พระชนมพรรษา" และ "อาคารสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี" พร้อมเปิดป้ายวิทยาเขต เมื่อวันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2541

วิทยาเขตชุมพร เริ่มเปิดรับนักศึกษาในปีการศึกษา 2539 โดยเปิดสอนในระดับปริญญาตรี สาขาเทคโนโลยีการผลิตพืช และได้ขยายการศึกษาเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน

เมื่อวันที่ 18 มีนาคม พศ. 2556 พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพระราชทานพระบรมราชานุญาตให้เชิญพระนาม "ชุมพรเขตรอุดมศักดิ์" เป็นชื่อของ วิทยาเขตชุมพร ว่า "วิทยาเขตชุมพรเขตรอุดมศักดิ์ จังหวัดชุมพร"