В год образования Казанского университета, в 1804 году, Уставом университета было предусмотрено создание кафедр «химии и металлургии» и «технологии и наук, относящихся к торговле и фабрикам» на факультете физических и математических наук. Активно функционировать эти кафедры стали только в 1830-е годы, когда химию в университете преподавали профессора А.Я.Купфер, Н.Н.Зинин и К.К.Клаус. Именно фундаментальные работы Н.Н.Зинина, К.К.Клауса и их ученика А.М.Бутлерова положили начало созданию всемирно известной Казанской химической школы. Успехи казанских химиков способствовали организации при Казанском университете (1929 год) научно-исследовательского химического института имени А.М.Бутлерова (НИХИ). В 1933г в результате реорганизации советских университетов в КГУ был открыт химический факультет.

Химический институт им.А.М.Бутлерова создан 21 апреля 2003г на основании решения Ученого совета Казанского государственного университета путем слияния НИХИ им. А.М.Бутлерова и химического факультета КГУ.

Институт готовит специалистов-химиков для работы в научных лабораториях высших учебных заведений, академических и отраслевых научно-исследовательских институтов, заводских лабораториях, школах, колледжах, гимназиях. Студенты получают необходимые правовые знания, знакомятся с основами и этикой менеджмента, углубленно изучают иностранные языки. Ведется непрерывная подготовка по вычислительной технике. Особое место отводится экологической подготовке. Многие выпускники химфака работают в организациях и службах Министерства экологии республики, занимающихся организацией экомониторинга.

Распределяются студенты по кафедрам с четвертого курса. Однако многие студенты выбирают специализацию раньше и приходят на кафедры уже на первом и втором курсах. Как правило, они активно включаются в научно-исследовательскую работу. Среди студентов Химического института есть победители Всероссийского конкурса лучших научных работ, соросовские лауреаты, обладатели других престижных наград.

В учебном процессе занято более 70 сотрудников, среди которых академик и член корреспондент РАН, академик РАЕН, член-корреспондент АН Татарстана, 25 профессоров и докторов наук и 44 кандидата наук.

При институте работает музей, который является хранителем истории создания и развития знаменитой Казанской химической школы. В нем сохранена обстановка прошлого столетия. Музей посещают ученые как России, так и ближнего и дальнего зарубежья, студенты и школьники. 

Химический Институт им.А.М.Бутлерова заключил договор с центром InnoCentive.