理学教育研究支援センターは、研究科独自に設置している教育研究支援組織です。センターには、安全衛生管理室、キャリア支援室、キャンパスライフ支援室、広報・アウトリーチ支援室、国際交流推進室、情報基盤室、評価分析・研究戦略室の7室があり、各室にはそれぞれの業務を専任で行う専門的知識を持った教職員を室員として配置しています。教員、事務部、技術部と連携し、理学部・理学研究科の教育研究支援を行なっています。
平成14年12月当時、留学生数の増加があり、さらに多くの優秀な留学生を受入れるためには、留学生に対する英語でのサービスの充実が必要とされた。しかし、中央事務室の人員構成では対応しきれなかったことから、当時の理学研究科長の発案により、これらの業務について、中央事務の補完を目的として国際交流推進室が開設された。
平成15年には、翌年に控えた国立大学法人化により労働安全衛生法が国立大学にも適用されることを受け、これに対応する目的で安全衛生管理室が開設された。その後、社会の変化とともに大学の開放、教育研究の社会への還元等の社会的要求が高まったことから、学内外への情報発信を目的として広報室が開設された。さらに、在学生へのサービスの強化等の充実も必要となりキャンパスライフ支援室が設置された。また、既存の中央事務体制では対応しきれない多様な業務が増大していったことから、中央事務室の補完的な役割を担う目的で平成18年4月に企画室が設置され、平成20年4月に教育研究支援部(7室:平成25年度からは6室(広報・アウトリーチ支援室を統合))に改称された。
平成30年4月に東北大学の新たな人事制度として限定正職員制度が導入されたことに伴い非常勤職員として雇用されていた室員を限定正職員(学術研究員)に雇用形態を変更した。限定正職員を受け入れる組織とするため、同年7月に本組織の規定を定めるとともに、教育研究支援の拡充・推進を目的に、名称を「理学教育研究支援センター」に変更した。平成31年2月には、新たに「キャリア支援室」を設置し、室員(特任講師)を配置することで現在の7室の体制となった。