天然药物化学是上海药物研究所历史最悠久的学科领域。天然药物研发中心以原始创新药物研发为使命，主要从事传统中药、药用植物、海洋生物以及微生物中次生代谢产物的分离纯化、结构鉴定、结构改造及其生物活性研究，并对候选分子开展新药研发。同时，中心还致力于常用中药化学成分以及中药复方药效物质基础研究。

        天然药物研发中心起源于上海药物所最早的“中药研究室”。1932年建所后，首任所长赵承嘏先生一直主持相关工作，此后历经“药物植物化学研究室”和“天然药物化学研究室”等发展阶段，一直是国内外知名的天然药物化学研发单元，2020年更名为“上海药物研究所天然药物研发中心”。

        中心至今已从上千种来源于陆地和海洋的天然资源中分离鉴定出新天然分子数千个，并与所内外密切合作，研发出新药如：镇痛药延胡索乙素、3-乙酰乌头碱和高乌甲素，抗肿瘤药长春碱、长春新碱、美登素、喜树碱、10-羟基喜树碱和三尖杉酯碱，心血管系统药物丹参酮ⅡA磺酸钠和丹参多酚酸盐，抗疟药蒿甲醚，抗肝炎药物垂盆草甙和五味子酯，治疗神经退行性疾病药物加兰他敏和石杉碱甲等。中心现有4个课题组，1个拥有110,000个标本的药用天然资源标本库，多个不同类型的天然分子库，希望能够不断发现更多新骨架结构的活性天然分子为原创药物研发提供物质基础。