Instituttet ble opprettet i 1959 som ved Norges lærerhøgskole. Det kunne flytte inn i egne lokaler på Rosenborg i 1960. Senere samme år ble instituttet delt i og . Fra 1984 var instituttene organisert under et nyopprettet matematisk-naturvitenskapelig fakultet ved Den allmennvitenskapelige høgskole. Ved dannelsen av NTNU i 1996 ingikk de to biologiske instituttene først i Fakultet for kjemi og biologi. Med ferdigstillingen av Realfagbygget i 2000 flyttet instituttene fra Rosenborg til Gløshaugen. To år senere ble fakultet utvidet med fysikk og materialteknologi, samtidig med at Botanisk og Zoologisk institutt igjen ble slått sammen til . Instituttet var organisert under Fakultet for naturvitenskap og teknologi til 2017.