Koulutuksen tutkimuslaitoksen nykymuotoinen toiminta ulottuu vuoteen 1968, jolloin perustettiin valtakunnallinen Kasvatustieteiden tutkimuslaitos (KTL). Laitoksen perustaminen oli osa tuolloin ajankohtaista hanketta perustaa Jyväskylään täysimittainen yliopisto Kasvatusopillisen korkeakoulun seuraajaksi. Tärkeä perustelu tutkimuslaitokselle oli myös tarve tuottaa tutkimustietoa koulu-uudistusten valmisteluun, erilaisten vaihtoehtojen vertailuun ja arviointiin sekä uudistusten toimeenpanon seurantaan.

KTL:n perustamista kuitenkin edelsi jo vuodesta 1957 toiminut säätiöpohjainen Kasvatustieteellinen tutkimuskeskus. Tutkimus suuntautui jo tuolloin vahvasti koulutuksen kansainvälisiin arviointitutkimuksiin. Tutkimuskeskuksen merkittävänä tukijana toimi vuodesta 1960 lähtien Kasvatustieteiden Edistämisseura. Seuran tehtäväksi määriteltiin tuolloin mm. esittää tutkimustehtäviä, antaa apurahoja ja harjoittaa julkaisutoimintaa. Kasvatustieteiden tutkimuslaitoksen perustaminen 1968 merkitsi kasvatustieteisiin perustuvan koulutustutkimuksen ja sitä koskevan tiedottamisen valtakunnallista vastuuttamista juuri perustetun uuden yliopiston tehtäväksi. Hallinnollisesti tutkimuslaitos on siitä lähtien toiminut Jyväskylän yliopiston erillislaitoksena.

1.6.1996 laitoksen nimi muutettiin Koulutuksen tutkimuslaitokseksi. Nimellä haluttiin korostaa tutkimuksen monitieteisyyttä ja laitoksen suuntautumista entistä vahvemmin kansainväliseen koulutusta koskevaan tutkimusyhteistyöhön.

Tutkimuslaitoksen toiminnassa on ollut alusta lähtien keskeistä perustutkimuksen ja erilaisten soveltavan tutkimuksen paradigmojen yhdistäminen. Moniparadigmaisuus ilmenee myös kvantitatiivisen ja kvalitatiivisen metodologian rinnakkaiselona ja tasavertaisena kehittämisenä. Koulutuksen tutkimuslaitos onkin nykyään ainutlaatuinen Suomessa sekä metodologisesti että tutkimuspanokseltaan. Laitos huolehtii edelleenkin laajasti kasvatus- ja koulutusalan julkaisutoiminnasta ja tiedottamisesta.

Tutkimuslaitos on ollut myös huomattava koulutuspaikka. Suomen yliopistojen monilla laitoksilla on oppituolinhaltijoita, jotka ovat työskennelleet ja väitelleet työskennellessään tutkimuslaitoksessa. Esimerkiksi 1960- ja 1970-luvuilla monien kasvatustieteen ja muidenkin käyttäytymistieteiden väitöskirjojen tietojenkäsittely suoritettiin tutkimuslaitoksessa. Tällä hetkellä laitos tarjoaa laajamittaista tutkijakoulutusta yhteistyössä eri tiedekuntien kanssa.

Laitoksen johtajina ovat toimineet:
Juhani Karvonen, - 1974
Raimo Konttinen, 1975 - 1976
Oiva K. Kyöstiö, 1976 - 1977
Marjatta Marin, 1977 - 1979
Jouko Kari, 1980 - 1990
Erkki Kangasniemi , 1991 - 1996
Jouni Välijärvi, 1996 - 2017
Jussi Välimaa, 1.8.2017 - 31.1.2023