研究所高度重视国际合作并持续拓展合作领域与渠道，目前已与德国、英国、法国、俄罗斯、乌拉圭、澳大利亚、泰国、埃及等60多个国家，及国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）、国际水稻所（IRRI）、国际原子能机构（IAEA）、国际生物多样性中心等10多个国际组织建立了稳定的合作关系。搭建起中澳小麦改良联合中心、中国-乌拉圭大豆研究与创新“一带一路”联合实验室等国际合作平台13个，牵头举办“第二届国际小麦大会”“第三届国际农业生物多样性大会”“第一届亚太植物诱变育种协作网研讨会”等高水平会议及培训班156场，有效推动了跨区域学术交流。主持了具有国际影响力的科研合作项目292项，其中盖茨基金会资助的绿色超级稻项目实施成效显著，其水稻品种在亚非目标国家示范推广后直接为“一带一路”沿线国家农业增产提供科技支撑，同时联合全球25家科研机构及高校筹备发起“农作物基因资源阐析（G2P）”国际大科学计划，牵头构建全球农作物基因资源协同研究网络，为破解全球粮食安全与可持续发展难题贡献核心力量。