Le laboratoire est créé en 1971 (code d'unité : LA 157), il est dirigé par Pierre Rat jusqu'en 1983.

Jean Chaline prend la relève en 1984 jusqu'en 1995, année ou le laboratoire devient l'unité de recherche associée "paléontologie analytique et géologie sédimentaire" (URA 157).

En 1996, Bruno David prend les rênes de la toute nouvelle UMR CNRS 5561 "paléontologie analytique et géologie sédimentaire", et en 1999 commence le système de contractualisation des laboratoires. L'UMR 5561 intègre le laboratoire d'écologie et devient le laboratoire Biogéosciences - Dijon. Il est alors constitué de 3 équipes : écologie évolutive, paléontologie, sédimentologie.

En 2003, l'UMR 5561 devient le laboratoire Biogéosciences (tout court) et se compose de 5 équipes : écologie évolutive, différentiation et espèces, macroévolution et dynamique de la biodiversité, stratigraphie quantitative et diagenèse, géométrie et déformation des bassins.

Pascal Neige prend la direction du laboratoire en 2007, qui est alors remanié en 3 équipes : écologie évolutive (éco évo), forme, évolution, diversité (FED), systèmes, environnements et dynamiques sédimentaires (SEDS).

En 2012, le laboratoire fusionne avec le centre de recherches de climatologie (CRC, UMR 5210) qui va constituer la quatrième équipe du laboratoire, et le code de l'unité change (UMR 6282). L'équipe FED est remodelée et renommée en BioME (biodiversité, macroécologie et évolution). Le CRC nait en 1969, comme équipe d'accueil universitaire sous l'intitulé "Centre de recherches de climatologie tropicale", à l'initiative de Pierre Pagney, qui dirige l'unité jusqu'en 1986. Le laboratoire, localisé rue Chabot-Charny jusqu'en 1991, devient associé au CNRS à partir du milieu des années 1970 (URA puis UMR, sous la direction de Jocelyne Pérard puis Bernard Fontaine).

Emmanuel Fara reprend le flambeau (et la clé) en 2017 d'un laboratoire constitué de cinq équipes (l'ancienne équipe BioME se scinde en deux entités) : Biome (émergence et maintien de la biodiversité), CRC (centre de recherches de climatologie), éco évo (écologie évolutive), Samba (structuration des communautés aquatiques et biominéralisation) et Seds (systèmes, environnements et dynamique sédimentaires).