Кафедра была создана в 1922 г. в составе природоведческого отделения педагогического факультета Белорусского государственного университета. С первых лет создания ей руководил проф. Л.П. Розанов.

С 1935 г. работу кафедры возглавлял проф. И.А. Ветохин.

В период с 1949 по 1951 гг. на кафедре работал проф. А.А. Зубков научно-исследовательские интересы которого находились в области физиологии межклеточной коммуникации (нейромедиаторы). Им была написана монография "Физиология клетки многоклеточного живого организма", одна из первых работ по этой тематике в стране, а также несколько разделов учебника по физиологии животных под редакцией Е.Б. Бабского, - учебного пособия которым пользовались многие поколения физиологов и которое не потеряло своего значения и по сей день.

В конце 40-х начале 50-х годов 20 века под руководством проф. Г.С. Юньева (заведовал кафедрой с 1956 по 1972 гг.) были развёрнуты экспериментальные исследования в области эволюционной нейрофизиологии и кардиологии. Широко стали использоваться электрофизиологические методы исследования.

С 1973 по 1975 гг. кафедру возглавлял проф. А.М. Сташков, а затем на протяжении последующих двух лет - проф. В.Н. Калюнов. Были развёрнуты широкие исследования по структурно-функциональной организации вегетативных ганглиев и их роли в периферических механизмах регуляции висцеральных органов у позвоночных. В.Н. Калюнов является одним из пионеров и признанных лидеров в области исследования физиологической роли фактора роста нервов. Ещё в начале 70-х годов им были получены данные о роли внеклеточного АТФ в регуляции функций висцеральных органов, - работы, которые были революционны для мировой физиологии того времени.

КС 1977 г. область интересов коллектива кафедры смещается в сторону исследования гипоксии тканей и поиска средств противогипоксического действия. Возглавил эту работу проф. Е.Ф. Лунец, который также явился организатором проблемной лаборатории экспериментальной биологии (в последующем НИЛ биоэнергетики, а с 1993 года - НИЛ терморегуляции). В последующем сотрудники кафедры одними из первых в стране начали исследования по свободно-радикальной биологии и медицине. В течении 10 лет было синтезировано более чем 15 новых соединений на основе о-бензохинона, обладающих антигипоксическим и антиоксидантным действием.

С 1985 по 1991 гг. кафедру возглавлял доц. В.Т. Шалатонин под чьим руководством были проведены комплексные исследования патологии миокарда, синтезированы и протестированы вещества, обладающие эффективным антиаритмическим действием. На этот же период приходится становление исследований по клеточной физиологии, возглавляемые Л.Л. Морозом.

С 1991 по 2003 гг. кафедрой заведовал академик НАН Беларуси, проф. В.Н. Гурин. В этот период были проведены исследования по термофизиологии, а также широко развёрнуты работы по изучению физиологической роли монооксида азота. С 2003 г. и по настоящее время кафедру возглавляет д.б.н., профессор А.Г. Чумак.