A história da Embrapa Uva e Vinho iniciou antes da criação da Embrapa Sede.
Em 20 de outubro de 1937 foi criado o Laboratório Central de Enologia, com Sede no Rio de Janeiro e três Estações de Enologia com sede no Rio Grande do Sul, São Paulo e Minas Gerais.

Às 15h, do dia 21 de julho de 1941, foi colocada a pedra fundamental da Estação de Enologia de Bento Gonçalves. Estiveram presentes no evento o Dr. Manoel Mendes da Fonseca - Diretor do Laboratório de Enologia do Ministério da Agricultura, o sub-prefeito Sr. Otto Engel, representando a Prefeitura Municipal de Bento Gonçalves e outras autoridades.

Já em 30 de maio de 1942, a Estação de Enologia de Bento Gonçalves iniciou suas atividades tendo como diretor o Dr. Ruy Torres da Silva Pinto. Fizeram parte da Comissão de Instalação, além do Diretor da Estação, os engenheiros agrônomos Carlos Alberto Burnett, Danilo Callegari, José Maria Malheiros Pinto, Joaquim Peixoto Luna, Álvaro Pontes de Magalhães, Sylvio Ferreira da Silva e Hugo de Mesquita Vasconcelos, todos do Ministério da Agricultura. Também participaram os técnicos do laboratório Loris Antonio Pasquali Reali, Romeu de Freitas (feitor), Maria Augusta Torriani e o servente Mário Morassuti.

Em julho de 1942, o Presidente da República Getúlio Dorneles Vargas autorizou o Ministro da Agricultura, Apolônio Sales, a aplicar a verba de 60 contos de réis, em forma de adiantamento, na aquisição de estacas, porta-enxertos e coleções de videiras de diferentes espécies e variedades destinados a organização inicial dos vinhedos de estudo e dos viveiros de multiplicação. Assim a Estação de Enologia de Bento Gonçalves enviveirou, ainda em 1942, 13 variedades de porta-enxertos recebidos do Instituto Agronômico de Campinas (SP) e 1.500 mudas da cultivar Seibel recebidas da Estação de Enologia de Caldas (MG). Esse material foi plantado no Lote nº 39 da Linha Estrada Geral Oeste, com área de 341.029,00 m2, desapropriado em 27 de agosto de 1936 pela municipalidade para a instalação de uma Chácara Municipal. Mais tarde, em 25 de abril de 1944, a Prefeitura Municipal fez a doação desta área ao Governo Federal para a instalação da Estação de Enologia. Essa base física inicial foi ampliada entre 1944 e 1946 com aquisições pela Prefeitura Municipal e pelo Instituto Riograndense do Vinho de novas áreas, as quais acrescidas de uma pequena área do bentogonçalvense José Fasolo, foram doadas no período 1950/52 para o Governo Federal para uso da Estação. Assim, foi formada a atual área da Embrapa Uva que conta com cerca de 100 hectares.

Pela Portaria nº 58, de 12 de março de 1969, o Ministério da Agricultura aprovou o Regimento do Escritório de Pesquisas e Experimentação (EPE) como órgão central de programação, coordenação, controle e avaliação de pesquisas e experimentações agropecuárias. A Estação de Enologia de Bento Gonçalves ficou transformada em Estação Experimental de Bento Gonçalves, passando a integrar a rede do IPEAS - Instituto de Pesquisas e Experimentação Agropecuária do Sul, localizado em Pelotas, RS.

Criada em 07 de dezembro de 1972, através da lei no. 5.851, e instalada em 26 de abril de 1973, na cidade de Brasília - DF, a Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária), assumiu as funções do Departamento Nacional de Pesquisa Agropecuária.

A Embrapa - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, é uma empresa pública, vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, com autonomia administrativa e financeira e personalidade jurídica de direito privado.

Em 26 de agosto de 1975, durante reunião da Diretoria Executiva da Embrapa, foi criada a Unidade de Execução de Pesquisa de Âmbito Estadual - UEPAE de Bento Gonçalves.

Em 04 de março de 1985, através da Deliberação 008/85, um ato atribui-lhe a denominação de Centro Nacional de Pesquisa de Uva e Vinho.
A Unidade também possui duas Estações Experimentais. A história da Estação Experimental de Fruticultura de Clima Temperado (EFCT), em Vacaria/RS, começa em 1981, com a implantação da sub-unidade de Pesquisa de Vacaria, vinculada à UEPAE-Cascata, pertencente à Embrapa Clima Temperado (Pelotas/RS). 

Em 1984, foram inaugurados os primeiros laboratórios de pesquisa e a estrutura passou a ser denominada Campo Experimental de Vacaria, vinculada administrativamente à Embrapa Clima Temperado.

Em 1993, passou a ser uma Estação Experimental e a integrar a estrutura administrativa da Embrapa Uva e Vinho, ampliando a missão da Unidade pela inclusão da fruticultura de clima temperado na sua área de atuação. 

Atendendo a uma demanda do setor vitícola da região noroeste do Estado de São Paulo, a Embrapa criou, em 15 de abril de 1993, a atual Estação Experimental de Viticultura Tropical (EVT), em Jales/SP, vinculada à Embrapa Uva e Vinho. Para tanto, foi fundamental o apoio da Prefeitura Municipal de Jales, do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, ao qual a Empresa é vinculada, da Associação dos Viticultores da Região de Jales (Avirjal) e da Coordenadoria de Assistência Técnica Integral (Cati-SP).