ศาสตราจารย์ ดร. สมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ทรงเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยกย่องและมีผลงานดีเด่นในระดับนานาชาติ ทรงมีพระวิสัยทัศน์ที่จะสร้างสถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ให้เป็นสถาบันการศึกษาที่มีความเป็นเลิศทางการศึกษา และมีบทบาทในการขับเคลื่อนประเทศไปสู่การแข่งขันระดับสากล โดยใช้การวิจัยนำในการผลิตและพัฒนาบุคลากรด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับสูง ในสาขาที่มีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนสำหรับประเทศไทย และประเทศอื่นๆ ในภูมิภาคนี้ เพื่อให้มีความรู้และสามารถถ่ายทอดความรู้ออกเป็นรูปธรรมและนำมาประยุกต์ใช้ในการพัฒนาประเทศได้
ในปีพุทธศักราช 2548 จึงมีการก่อตั้งสถาบันบัณฑิตศึกษาจุฬาภรณ์ เพื่อเป็นการเฉลิมพระเกียรติ เนื่องในโอกาสที่ ศาสตราจารย์ ดร. สมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ทรงเจริญพระชันษาครบ 4 รอบ ระยะแรกมีสถานะเป็นสถาบันอุดมศึกษาเอกชน ทำหน้าที่จัดการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาหลักสูตรนานาชาติ ใน 3 สาขา คือ วิทยาศาสตร์ชีวภาพประยุกต์: อนามัยสิ่งแวดล้อม (Applied Biological Sciences: Environmental Health) วิทยาศาสตร์เคมี (Chemical Sciences) และพิษวิทยาสิ่งแวดล้อม (Environmental Toxicology) โดยมุ่งมั่นที่จะเป็นแหล่งผลิตบุคลากรทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในสาขาที่มีความต้องการสูงตอบสนองความต้องการของตลาดแรงงานและการพัฒนาประเทศ ซึ่งทั้ง 3 สาขาดังกล่าวเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างมลพิษในสิ่งแวดล้อม การเกิดโรคจากสิ่งแวดล้อม และการพัฒนายาโมเลกุลขนาดเล็กและยาชีววัตถุเพื่อการรักษาและป้องกันโรคที่เกิดจากสิ่งแวดล้อม การจัดการเรียนการสอนของสถาบันเป็นระดับนานาชาติซึ่งได้รับความร่วมมือจากคณาจารย์ของมหาวิทยาลัยชั้นนำจากทั่วโลก อาทิ สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด มหาวิทยาลัยดาร์ตมัธ วิทยาลัยการแพทย์แห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์ค และมหาวิทยาลัยมิชิแกน สหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัยฟลอริดา และมหาวิทยาลัยอูเทร็คประเทศเนเธอแลนด์ มหาวิทยาลัยอาร์ฮุส ราชอาณาจักรเดนมาร์ก และวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และการแพทย์อิมพีเรียล สหราชอาณาจักร เป็นต้น ตลอดระยะเวลากว่า 10 ปี สถาบันได้ผลิตบัณฑิตด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับสูงที่มีคุณภาพ
