A Embrapa Agroenergia foi criada em 24/5/2006, juntamente com o início do Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB) e o lançamento do Plano Nacional de Agroenergia (PNA), com objetivos para assegurar o aumento da participação de fontes renováveis no Balanço Energético Nacional. Em consonância com o que estabelecia o próprio PNA, foram estabelecidos projetos de pesquisa para a Embrapa Agroenergia dentro dos quatro eixos: etanol, biodiesel, florestas energéticas e coprodutos e resíduos. Esses projetos visavam ao aproveitamento integral da biomassa das culturas inseridas na cadeia produtiva da agroenergia, tendo em vista a sustentabilidade em seus três pilares: ambiental, econômico e social, especialmente com os biocombustíveis. Os primeiros anos (maio/2006 a setembro/2011), que tiveram à frente da gestão o pesquisador Frederico Ozanan Machado Durães, foram marcados por essa abordagem na pesquisa e pela busca de recursos financeiros para os primeiros projetos. Foi também o período de estruturação da Embrapa Agroenergia, com a contratação de pessoal, aquisição de equipamentos e construção do prédio que hoje abriga os escritórios e os laboratórios.

Na segunda fase, (setembro/2011 a outubro/2016), que teve à frente o pesquisador Manoel Teixeira Souza Júnior, a Unidade continuou investindo em pesquisas voltadas para a produção de biocombustíveis, seja em processos e insumos para as indústrias, seja na diversificação das matérias-primas disponíveis para o setor no Brasil. No entanto, o desenvolvimento de tecnologias para produção de químicos e materiais de origem renovável a partir da biomassa começou a ganhar mais força, à medida que a necessidade de adoção da lógica de biorrefinarias nas indústrias ficou mais evidente, na Embrapa, no País e no mundo. Essa etapa também foi marcada pela finalização das obras de infraestrutura da Unidade e pela inauguração dos laboratórios e da área de plantas-piloto, bem como pela organização dos processos internos de trabalho.

Consequência desse caminho percorrido pela Embrapa Agroenergia nos seus dez primeiros anos, a Unidade ampliou sua atuação para a química e tecnologia de biomassa, sem deixar de lado os biocombustíveis. Com base nas perspectivas globais para o desenvolvimento da bioeconomia, nos grupos de pesquisa já constituídos e nos resultados obtidos na Unidade, a gestão de Guy de Capdeville organizou , as ações em quatro eixos: Biomassas para fins industriais, Biotecnologia industrial, Química de renováveis e Materiais renováveis. A visão para o período foi “ser referência nacional e internacional na geração de inovações tecnológicas que permitam converter matérias-primas renováveis diversificadas, por processos bioquímicos, químicos e termoquímicos, em alternativas sustentáveis de bioprodutos e bioenergia dentro do contexto da Biotecnologia Industrial e da Química Verde”.

A quarta gestão da Embrapa Agroenergia teve início no dia 7 de fevereiro de 2020, quando o então chefe de Transferência de Tecnologia, Alexandre Alonso Alves, assumiu interinamente a Unidade após a nomeação de Guy de Capdeville para a Diretoria-Executiva de Pesquisa e Desenvolvimento da Embrapa. No primeiro ano de sua gestão (fev2020 – fev2021), a UD teve como grande desafio planejar e executar um plano de prevenção / teletrabalho / revezamento para os empregados como consequência da pandemia da Covid-19. Ao mesmo tempo, intensificou as ações de relacionamento institucional e posicionamento estratégico por meio da organização e participação em eventos / comissões / missões de forma a consolidar a Unidade nas temáticas de biocombustíveis e bioprodutos. Em P&D, destacam-se a entrada em execução de nove projetos e a aprovação / contratação de novos projetos de inovação, sendo dois com recursos do Sistema Embrapa de Gestão (SEG) e quatro via unidade Embrapii Bioquímica de Renováveis. A captação de recursos extra Tesouro Nacional possibilitou a melhoria da infraestrutura da UD e a consolidação das ações com canola. Em Transferência de Tecnologia, destaca-se a criação de um plano de negócios para a Cana BtRR, resistente à broca e ao herbicida glifosato, além do depósito de três patentes e um pedido de proteção de cultivar junto ao INPI. Na área administrativa, entrou em operação o sistema ERP/SAP, que integrou os setores administrativos às áreas fins, resultando em maior eficiência operacional.