民國五十一年八月本校在臺復校，於苗栗二坪山成立地球物理研究所，招收二年制碩士班研究生，首開國內地球物理研究之先河。本所成為中央大學在臺復校後成立的第一個研究所。當初選在苗栗復校，主要結合中油臺探總處在當地探採天然氣，利用探油所建立的基礎支持地球物理在國內之發展。在起源上，本所係以有關油氣探勘之研究開始。地球物理所成立初期亦包括大氣科學的部份，分為地組及空組。大氣科學於民國六十七年始分出而獨立成為本校之大氣物理研究所。

民國六十九年，鑑於國內工業升級，高級研究人才需求日殷，教育部指定成立博士班，致力提昇國內地球物理人才培育與學術研究。在民國六十年代，有一事正面影響到本所的發展，此即中央研究院地震小組（後來成為中研院地球科學研究所）的成立，此舉不僅立下臺灣地震研究的基礎，也為本所帶入許多優良的兼任師資，打開部分畢業生的出路，使地震研究在本所逐漸蔚為風氣，持續至今。

民國八十七年，在劉兆漢校長全力支持下，原理學院中之地球科學相關系所（共二系五所）分離，成立全國第一個地球科學院，並聘請前中研院地球所所長蔡義本教授擔任院長，中大最具特色之地球科學院從此獨立，獲得更大的發展空間。民國八十八年臺灣發生百年來最大的災害地震（九二一地震），在蔡義本院長領導下，本所發揮四十多年來奠定的地球科學基礎，在諸多相關的研究課題上，表現亮麗成果豐碩，並經由研究領域之擴張，與國際科學研究接軌，展開新的一頁。