臺灣於十七世紀荷蘭殖民時代即有蔗糖的生產與輸出紀錄，甘蔗乃與稻米齊名，是數百年來的兩大主要農作物。日治初期，臺灣總督府為求財政自主，積極推動蔗糖產業現代化，鼓勵民間財團於各地興辦新式糖廠，並設立專責研究機構作為糖業發展的堅強後盾，為臺灣從農業社會邁向工業化的重要關鍵。 1901年（明治三十四年）總督府成立「殖產局臺南出張所」，負責糖業改良事務。1932年（昭和七年）將各相關研究單位合併為總督府直轄的「台灣糖業試驗所」，成為日本在臺最重要的產業研究機構之一。1933年（昭和八年）硬體設備初步籌建完成，於11月25日舉行「開所式」。 糖業試驗所創建初始，下轄育種、耕種、製糖化學、農藝化學、病理及昆蟲等六科及庶務、農場二課。因應研究工作的需要與工作人員生活起居，糖業試驗所在1933（昭和八年）至1939年（昭和十四年）間於所內增建宿舍、倉庫、作業室、實驗室、製糖工場等，研究場域及設備乃日趨周全。 1945年（民國三十四年）國民政府接收臺灣，更名「台灣省糖業試驗所」。1948年（民國三十七年）與「甘蔗研究所」合併改稱「台灣糖業試驗所」，歸台灣糖業公司管轄。 2003年（民國九十二年）研究所內最為重要且歷史最為悠久的建築物，包括：北棟本館、中棟原「育種農藝化學廳舍」與南棟原「昆蟲病理製糖廳舍」等，經臺南市政府公告為市定古蹟。2005 年（民國九十四年）台糖公司總部南遷，古蹟經整修後改為總管理處辦公室與實驗室使用，時至今日仍維持原始的行政與研究用途。