İnstitutun əsasının qoyulmasının rəsmi tarixi 2 fevral 1968-ci ildir; bu tarixdə SSRİ Nazirlər Sovetinin Elm və Texnika üzrə Dövlət Komitəsinin qərarı ilə Azərbaycan SSR Elmlər Akademiyasında Fiziologiya İnstitutu yaradılmışdır. Lakin İnstitutun təşəkkül tapması öz başlanğıcını 1953-cü ildə Azərbaycanda fiziologiya məktəbinin görkəmli nümayəndələrindən biri olan akademik Abdulla Qarayevin təşəbbüsü ilə Elmlər Akademiyasının Zoologiya institutunda Fiziologiya şöbəsinin yaradılmasından götürür. Şöbənin bazasında əvvəl Akademiyanın Rəyasət Heyəti yanında sektor, sonra isə Respublikada insan və heyvan fiziologiyası sahəsində tədqiqatların aparıcı mərkəzinə çevrilmiş bugünkü Fiziologiya institutu yaradıldı. Hazırda İnstitut onun yaradıcısı və ilk direktoru olan Abdulla Qarayevin adını daşıyır.

     Fəaliyyətinin ilk günlərindən İnstitutda aktual tibbi-bioloji problemlərin həllinə yönəldilmiş fundamental tədqiqatlarla yanaşı Respublikada xalq təsərrüfatının inkişafının qarşıya qoyduğu tələblərə cavab verən və yerli resurslara söykənən tətbiqi xarakterli işlər aparılırıb:

• Naftalan neftinin və bir sıra müalicəvi suların insan orqanizminə təsirinin fizioloji və kliniki aspektlərinin öyrənilməsi üzrə aparılan tədqiqatlar Azərbaycanın kurort və balneoloji resurslarının elmi əsaslarla istifadəsi və inkişafına təkan vermişdir;
• Azərbaycan EA-nın Fizika institutu və SN Elmi-tədqiqat oftalmologiya institutu ilə birgə aparılan selenin torlu qişanın reseptor funksiyasında rolunun öyrənilməsi üzrə tədqiqatlar Respublikanın Dövlət Mükafatı ilə qiymətləndirilmişdir;
• İnstitutda akademik Zərifə Əliyevanın rəhbərlik etdiyi «Göz xəstəliklərinin professional patologiyası» laboratoriyasında peşə-göz xəstəlikləri müalicəsinin yeni üsulları kəşf edilmişdir. 1981-ci ildə bu sahədə tədqiqatlarına görə akademik Zərifə Əliyeva SSRİ Tibb Elmləri Akademiyasının Averbax adına mükafatına layiq görülmüşdür;
• SSRİ EA Rəyasət Heyəti neyrofiziologiya və neyrokimya sahəsində İnstitutda aparılan tədqiqatların inkişaf perspektivini nəzərə alaraq İ.P.Pavlov adına Ümumittifaq Fizio­loqlar Cəmiyyətinin XIV Qurultayının Bakı şəhərində keçirilməsinə qərar vermişdir;
• Azərbaycanın müxtəlif su hövzələrində və Xəzər dənizinin sahilyanı zonalarında balıqların ekoloji-fizioloji durumu öyrənilmiş, mühüm elmi-praktiki nəticələr əldə edilmişdir.

     2015-ci ildən başlayaraq İnstitutda qocalmanın fizioloji və molekulyar-genetik mexanizmlərinin öyrənilməsi üzrə kompleks tibbi-bioloji tədqiqatlar Proqramı işlənib hazırlanmışdır. Multidissiplinar Proqram Azərbaycan Tibb Universitetinin, Bakı Dövlət Universitetinin, AR Səhiyyə Nazirliyinin iştirakı ilə Rusiya TEA Herontologiya və Biotənzimləmə institutu, Ukrayna TEA Herontologiya İnstitutu və Qazaxstan Respublikası Prezidentinin İşlər idarəsi yanında Tibbi Mərkəzlə qarşılıqlı əməkdaşlıq çərçivəsində həyata keçirilir.

     İnstitutun strukturunda “Qocalmanın biologiyası”, “Ekoloji fiziologiya” və “Neyrofiziologiya” şöbələri fəaliyyət göstərir; bu şöbələrdə uyğun olaraq “Qocalmanın molekulyar-genetik və fizioloji əsasları”, “Mühit faktorlarının canlı orqanizmə təsirinin fizioloji mexanizmləri və korreksiya yolları” və “Beynin inteqrativ fəaliyyətinin neyrofizioloji və molekulyar əsasları” problemləri üzrə tədqiqatlar aparılır.