A Embrapa Milho e Sorgo está instalada, desde 1975, no mesmo espaço físico onde antes existiram outras instituições públicas também ligadas à pesquisa agropecuária, como o Campo de Cereais e Leguminosas, o IAO (Instituto Agronômico do Oeste) e o Ipeaco (Instituto de Pesquisa e Experimentação Agropecuária do Centro-Oeste).
 
Os primeiros registros de atividades de pesquisa na área onde está localizada a Empresa datam de 1907, com a instalação de um campo de experiência em terreno de Cerrado em um distrito próximo a Sete Lagoas. A partir de 1941, quando as atividades de pesquisa agropecuária passam da esfera estadual para a federal, trabalhos bem sucedidos com melhoramento de algodão e milho, adubação orgânica e com a utilização de bactérias fixadoras de nitrogênio antecederam a implantação do IAO, um dos órgãos que dariam origem à Embrapa Milho e Sorgo. Em 1966, com mais recursos para a pesquisa, criou-se o Ipeaco, época marcada pela grande expansão da pesquisa.
 
Dez anos depois, em 14 de fevereiro de 1976, a Embrapa instalou na mesma área das instituições anteriores o Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo, ato presidido na época pelo então ministro da Agricultura Alysson Paolinelli. O período inicial foi marcado pela implantação de sistemas de produção e pacotes tecnológicos para todas as regiões brasileiras. Na década de 1980, com a ampliação da fronteira agrícola em direção ao Cerrado, a Embrapa Milho e Sorgo teve papel importante no desenvolvimento de híbridos de milho competitivos no mercado, o que resultou em aumento de produtividade e atendimento à crescente demanda de alimentos.
 
Já no final dos anos 90, com cerca de 12 milhões de hectares do Cerrado incorporados ao sistema produtivo, a Unidade deu ênfase ao desenvolvimento de cultivares de milho tolerantes à acidez do solo, à consolidação da cultura do sorgo como alternativa para o abastecimento de grãos e ao desenvolvimento de tecnologias sustentáveis, como as barraginhas e o sistema integração lavoura-pecuária.
 
Atualmente, a Embrapa Milho e Sorgo lida com o que há de mais moderno em tecnologia agropecuária. Os desafios são a promoção do equilíbrio entre o desenvolvimento da agricultura e a conservação do meio ambiente; a agregação de informações aos recursos genéticos; a integração sustentável da agricultura familiar ao mercado; a redução de riscos e o aumento da precisão; a agregação de qualidade e valor aos produtos, processos e tecnologias desenvolvidos; e a organização e aceleração dos processos de informação e decisão.