Ідея створення в Одесі повноцінної морської науково-дослідної установи виникла у зв’язку підвищеним інтересом до вивчення Чорного моря та його ресурсів. Особливо перспективним в цьому відношенні був район основного чорноморського шельфу, розташований в північно-західній частині моря.

На той час в Інституті гідробіології АН України, разом з внутрішніми водоймами, вже вивчалися дельти річок, лимани, проте зовсім не охоплювалися дослідження авандельти і високопродуктивні зони українського шельфу, що перебуває під впливом річкового стоку. Ці динамічні і найбільш цінні, зокрема, в рибопромисловім відношенні води вимагали регулярної уваги учених. Гостроту і актуальність цієї проблеми добре розумів директор Інституту гідробіології, член-кореспондент Академії наук України Яків Володимирович Ролл. Тому на початку 50-х років минулого століття він почав пошук вченого, здатного організувати широкомасштабне комплексне вивчення північно-західної частини Чорного моря. Його вибір пав на відомого морського біолога - професора Костянтина Олександровича Виноградова.

У 1953 р. К.А. Виноградов прибув в Одесу і сформулював обґрунтування майбутньої наукової установи.

У 1954 р. було прийнято спеціальну постанову Президії Академії наук України про створення Одеської біологічної станції Інституту гідробіології АН УРСР. Це була перша академічна наукова установа в Одесі. До її завдання входило комплексне вивчення динаміки гідробіологічного режиму північно-західної частини Чорного моря в умовах, що склалися в результаті зарегулювання природного стоку річок Дніпра і Дністра з урахуванням впливу вод однієї з найбільших річок Європи - Дунаю.

На при кінці 1956 р. на новій станції працювало 5 наукових співробітників, у тому числі один доктор наук - професор, три кандидати наук, а також два аспіранти. Морські експедиції проводилися на науково-дослідному судні Інституту гідробіології АН УРСР «Академік Зернов».

З 1959 р. Станція почала випускати українською мовою свої праці в серії «Науковi записки Одеської бiологiчної станцii», яких до 1962 р. було видано п'ять випусків.

У 1961 р. станція набуває власного морського науково-дослідного судна водотоннажністю 300 т «Миклухо-Маклай», що пропрацювало майже 30 років (до 1988р.). На цьому судні виконувалися експедиційні дослідження не лише північно-західного шельфу, але і усього Чорного, а також Азовського і Каспійського морів. У результаті виконаних робіт був отриманий цінний порівняльний матеріал, що характеризує Понто-Каспій як релікт колись єдиного морського водойма із загальними по своєму походженню елементами флори і фауни.

У 1964 р. постановою Президії АН УРСР три українські морські біологічні станції, що працювали на той час на Чорному морі: Севастопольська, Одеська і Карадагська були організаційно об'єднані в Інститут біології південних морів ім. О.О. Ковалевського АН УРСР (ІнБПМ). Трансформувавшись в Одеське відділення ІнБПМ, Одеська біологічна станція не змінила свого профілю, продовжуючи розвивати і поглиблювати дослідження північно-західного шельфу Чорного моря, включаючи його лимани, лагуни і дельти річок.

Саме у цих водах Чорного моря через декілька років почали проявлятися негативні наслідки нераціональної господарської діяльності людини, що різко змінила якість його вод і донних ґрунтів, видовий склад і кількісні характеристики пелагічних і бентосних угруповань, істотно підірвала промислові ресурси усього моря. Вчені Одеського відділення ІнБПМ першими звернули увагу на нові негативні явища в житті моря і розпочали їх всебічне вивчення. В результаті Одеським відділенням ІнБПМ (з 1989 р. - Одеським філіалом ІнБПМ) поступово були накопичені комплексні систематизовані дані стосовно антропогенних змін екосистеми Чорного моря і його приморських водойм. Вказана спеціалізована база даних, зокрема, дозволила колективу Філіалу розробити нові підходи до прогнозування змін в пелагічних і донних угруповань моря та намітити шляхи до поліпшення якості морського середовища в його прибережній зоні методами біологічної меліорації.

До липня 2014 року Філіал входив до структури Інституту біології південних морів ім. О.О. Ковалевського НАН України (ІнБПМ), а також Океанологічного центру НАН України. Постановою Президії НАН України від 2 липня 2014 року № 161 ІнБПМ отримав статус Інституту морської біології НАН України.

Керівники Інституту морської біології за весь період існування наукової установи:

1. Виноградов Костянтин Олександрович – доктор біологічних наук, професор, з 1953р. по 1964р. - керівник Одеської біологічної станції при Інституті гідробіології АН УРСР;
З 1964р. по 1972р. – керівник Одеського відділення Інституту Біології АН УРСР

2. Зайцев Ювеналій Петрович – академік НАН України, доктор біологічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України, з 1972р. по 1989р. – керівник Одеського відділення Інституту Біології АН УРСР;
З 1989 - головний науковий співробітник Одеського філіалу Інституту біології південних морів НАН України

3. Бронфман Олександр Михайлович – доктор географічних наук, професор, лауреат Державної премії, з 1989р. по 1994р. – керівник Одеського філіалу Інституту біології південних морів НАН України

4. Александров Борис Георгійович – член-кореспондент НАН України, доктор біологічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України, з 1994 р. до 2014 р. – керівник Одеського філіалу Інституту біології південних морів НАН України, а з липня 2014 р. - директор Інституту морської біології НАН України.

Структура

Структуру ДУ «ІМБ НАН України» складають:

1. Відділ екологічної інтеграції біоциклів(керівник член-кореспондент НАН України Б.Г.Александров),

2. Відділ екології крайових угруповань (керівник д.б.н. Л.В. Воробйова),

3. Відділ якості водного середовища (керівник к.б.н. С.Є.Дятлов):

4. Відділ морфо-функціональної екології водної рослинності (керівник д.б.н. Г.Г.Мінічева),

5. Науково-організаційна група інформаційного забезпечення (куратор М.М.Косенко).

Загальна чисельність працівників Інституту – 75 осіб, з яких 55 наукових працівників (1 академік НАН України, 1 член-кореспондент НАН України, 9 докторів наук, 17 кандидатів наук).