合成化学全国重点实验室专注于创新性高效可持续绿色催化、精准合成及功能分子基础科学和跨领域研发，并以此推动先进材料科学和生物医学的发展。通过创新研究，该实验室不断实现突破性进展，以协助解决国家在“双碳”政策和生命健康、新药研发领域的重大需求。

合成化学国家重点实验室于2010年经中华人民共和国科学技术部批准，并于2011年正式成立，命名为「合成化学国家重点实验室（香港大学伙伴实验室）」。当时，该伙伴实验室是位于中国科学院上海有机化学研究所的有机金属化学国家重点实验室的伙伴重点实验室。2018年，经科技部批准将实验室名称调整为为「合成化学国家重点实验室（香港大学）」，并在香港中文大学化学系设立分支实验室。实验室同时与位于上海有机化学研究所的「沪港化学合成联合实验室」开展合作。2025年，实验室正式重组为「合成化学全国重点实验室」，作为合成化学领域的国家级科研平台，致力于成为大湾区国际化学研究中心。目前，实验室共有16个独立课题组，围绕四个重点方向开展研究。