中国科学院广州能源研究所成立于1978年，其前身为1973年成立的广东省地热研究室。1998年4月，原中国科学院广州人造卫星观测站并入广州能源所。2001年成为中国科学院知识创新工程试点单位之一。2015年进入中科院清洁能源特色研究所培育阶段，2017年参与筹建中科院清洁能源创新研究院和南海生态环境工程创新研究院。
广州能源所定位于可再生能源、新能源、节能环保及相关战略研究等领域的应用基础与关键技术、方法研发，围绕国家战略需求提供能源资讯服务。广州能源所在 一三五 规划实施过程中，梳理凝练研发方向，确立 生物质高效转化与规模化高值利用分布式可再生能源多能互补独立系统天然气水合物基础物性、成藏理论、开采及综合利用关键技术 等三个重大突破和 太阳能光热光电材料开发技术先进能源材料开发技术储能关键技术及应用示范可再生能源利用过程节能环保关键技术能源战略及低碳发展 等五个重点培育优势发展领域。 十三五 期间广州能源所在科技创新、党建及创新文化、人才队伍建设、反腐倡廉建设等方面取得显著成效，三个重大突破和五个重点培育方向都已高质量完成，取得多项重大产出，获得国家技术发明二等奖1项，中国专利优秀奖1项，广东省科技进步特等奖1项、一等奖6项，省专利金奖3项，其他省部级科技奖励9项。广州能源所作为骨干成员单位，完成中科院洁净能源创新研究院和南海生态环境创新工程研究院等机构共建验收工作，稳步推进洁净能源创新研究院（广州）的建设，并支持国家能源实验室、广州明珠科学园建设等。
广州能源所是国家能源生物燃料研发中心、天然气水合物国家重点实验室分室、中国科学院可再生能源重点实验室、中国科学院天然气水合物重点实验室、中国科学院广州天然气水合物研究中心和广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室的依托单位，建有国家可再生能源综合技术国际研发中心、国家能源生物燃料研发中心、广东省分布式储能及智能微电网工程中心等研发平台，是国家生物质能源产业技术创新战略联盟理事长单位、广东省分布式能源互联网产业联盟理事单位。广州能源所是中国可再生能源学会生物质能专业委员会、天然气水合物专业委员会以及广东省太阳能学会的挂靠单位。科研单元包括21个研究室，形成了以生物质能、海洋能、太阳能、地热能、固体废弃物能、天然气水合物、节能与环保、分布式综合能源系统集成及智能微电网应用为重点方向的学科布局。建有公共仪器分析测试平台，拥有大型分析测试仪器90余台（套）。主办学术期刊《新能源进展》，2020年进入RCCSE核心期刊。
