История института начинается с организации в 1941 г. в г. Якутске по инициативе основоположника мерзлотоведения проф. М. И. Сумгина научно-исследовательской мерзлотной станции Института мерзлотоведения им. В. А. Обручева АН СССР (Москва). В 1956 г. мерзлотная станция была преобразована в Северо-Восточное отделение Института мерзлотоведения им. В. А. Обручева АН СССР. 9 декабря 1960 г. Президиум АН СССР (постановление N 1043) принял решение о создании в Якутске Института мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР. В состав института структурно были включены Игарская, Алданская и Анадырская научно-исследовательские мерзлотные станции. В 1995 г. - Институт мерзлотоведения имени академика П. И. Мельникова СО РАН.

Благодаря трудам якутских ученых–мерзлотоведов основаны и развиты следующие научные направления на стыке геокриологии и смежных наук:
- криогидрогеохимия - наука об особенностях формирования химического состава подземных вод криолитозоны, зависимости их гидрохимического режима от величины промерзания, условий водообмена, а также от литологического состава слагающих пород, геоморфологии местности и других факторов;
- криолитология - специальный раздел литологии, призванный изучать состав и криогенное строение мерзлых толщ осадочных пород в зависимости от обстановки их накопления и промерзания и устанавливать закономерности распределения льдистости в осадочных отложениях на основе мерзлотно-фациального анализа. Сформулированы основы инженерной криолитологии;
- геотермия мерзлой зоны литосферы - научное направление, в рамках которого изучаются основные природные факторы, приводящие к возникновению и развитию мерзлых пород, а также выявляется связь мощности криолитозоны с геотектоникой, геодинамикой и тепловым состоянием глубоких недр Земли;
- термореология мерзлых грунтов - новое направление в геокриологии изучающее терморео-логические свойства мерзлых грунтов и льда на основании исследований их структурных преобразований, физико-механических свойств и т.д.;
- теплофизика ландшафтов - научное направление, раскрывающее взаимосвязь между отдельными компонентами ландшафта, в том числе мерзлотного, и изучающее ландшафтные комплексы методами теплофизики;
- ландшафтное мерзлотоведение, основными задачами которого являются изучение закономерностей пространственной дифференциации и динамики мерзлотных ландшафтов, разработка критериев в оценке их устойчивости и прогноза развития;
- теория тепло- и массообмена в мерзлых, протаивающих и промерзающих грунтах;
- теория физико-химических процессов, протекающих в природной среде при участии твердой фазы воды (льда) и незамерзших жидких пленок воды.

В настоящее время в структуру института входят 8 научно-исследовательских подразделений в г. Якутске, включает четыре региональных научных подразделения, сотрудники которых изучают динамику многолетних пород в районах интенсивного промышленного освоения криолитозоны Якутии (Вилюйская научно-исследовательская мерзлотная станция, пос. Чернышев-ский); альпийскую криолитозону нашей планеты (Казахстанская высокогорная геокриологическая лаборатория, г. Алматы); весьма динамичные мерзлотные процессы, происходящие в приарктических регионах страны (Игарская геокриологическая лаборатория, Красноярский край, г. Игарка); многолетнемерзлые породы крайнего Северо-Востока Евразии (Северо-Восточная научно-исследовательская мерзлотная станция, г. Магадан). На геокриологических научных стационарах института, расположенных в различных районах Сибири, также проводятся комплексные мониторинговые научные исследования. Кроме того, при институте работает уникальная подземная лаборатория для проведения длительных экспериментов с мерзлыми грунтами при естественных отрицательных температурах окружающей среды.