В 1865 році на базі Рішельєвського ліцею був створений Імператорський Новоросійский Університет. З перших днів на природничому відділені фізико-математичного факультету ІНУ була створена кафедра зоології, порівняльної анатомії та фізіології, що складалась з декількох кабінетів та учбових підрозділів:

1. Зоологічного кабінету, з лабораторією та музеєм.
2. Зооанатомічного кабінету, з лабораторією.
3. Фізіологічного кабінету.

В цей час тут працювали професори Д. А. Байков та І. А. Маркузен.

Екстраординарний професор зоології Д. А. Байков працював на вищевказаній кафедрі лише один навчальний рік (1865/1866), хоча керував практичними роботами студентів-зоологів до кінця 1866 року. Він відомий нам як дослідник лиманів навколо Одеси. Д. А. Байков передав за описом у музей 5421 експонат.

Ординарний професор зоології І. А. Маркузен почав організацію зоологічного та зооанатомічного кабінетів, а також створення колекцій тварин у музеях ІНУ. Так, завдяки його старанням Рада університету виділяла багато коштів на придбання в кабінети та лабораторії меблів, обладнання та посуду. І. А. Маркузен був також одним з перших організаторів зоологічного музею.

Як фахівець-зоолог І. А. Маркузен відомий дослідами з вивчення анатомічної будови зубів, нирок та елементів нервової системи різних хребетних тварин, фауни морських безхребетних тварин Одеської затоки.

Запрошений ним на посаду приват-доцента ІНУ І. І. Мечников працював над проблемами розвитку пелагічної фауни Чорного моря, напр., відкрив невідомі моменти розвитку личинкової форми Phoronis та отримав нові відомості про пілідії немертин і молодих поліхет.

В цій же зоологічній лабораторії працював талановитий учень професора І. А. Маркузена В. І. Шманкевич. Саме він, ще в період навчання в 1866-1870 рр. на кафедрі, почав вивчати фауну лиманів Одеси. Особливу увагу в дослідах В. І. Шманкевич приділяв впливу солоності на організми дрібних ракоподібних з Хаджибейського та Куяльницького лиманів, детально вивчаючи їх морфологічні ознаки. Він встановив екологічний взаємозв'язок будови і форм ракоподібних від рівня солоності та дослідив це експериментально.

Після переїзду штатного доцента І. І. Мечникова в університет Санкт-Петербургу, стараннями його товариша та колеги приват-доцента О. Ф. Стюарта була відкрита гістологічна лабораторія, в якій студенти отримали можливість вивчати особливості будови морських тварин на мікрорівні.

Короткий проміжок часу усі підрозділи кафедри очолював штатний доцент, доктор медицини Н. Й. Бернштейн. Саме йому та завдяки активному старанню хранителя музеїв І. М. Відгальма вдалося впорядкувати вже зібрані колекції і систематизувати всі наявні препарати.

В 1870 році І. І. Мечников повернувся до ІНУ та зайняв посаду завідувача зоологічного кабінету з лабораторією та музеєм, яку займав по 1882 р. В той час І. І. Мечников вже був відомим ембріологом-дослідником, тому він продовжив власні наукові пошуки в цьому напрямку. І. І. Мечников виконав у лабораторії досліди з вивчення розвитку медуз, сифонофор, багатоніжок, губок, планарій. Займався І. І. Мечников також антропологічними дослідженнями та допомогав боротися співробітникам місцевого земства зі шкідниками зернових культур (жуком-кузькою), вивчивши грибкові хвороби комах. Це дозволило йому вказати на метод боротьби з цим шкідником за допомогою мюскардини.

І. І. Мечникова пригласив на роботу двох науковців, які були всесвітньо відомими фахівцями — О. О. Ковалевського і І. М. Сєченова.

Ординарний професор зоології ІНУ О. О. Ковалевський працював в Одесі з 1874 до 1890 року. Проявив себе як адміністратор: проректор у 1877—1878 рр. та завідувач зоотомічного кабінету з лабораторією і музеєм у 1874—1890 рр. Як дослідник, вчений провадив різнопланові ембріологічні та порівняльно-анатомічні дослідження тварин різних систематичних груп, починаючи з найпростіших до нижчих хордових.

І. М. Сєченов з 10.04.1871 р. був завідувачем фізіологічного кабінету з чудово обладнаною лабораторією. Саме тут ординарний професор проводив різноманітні дослідження з вивчення різних органів та систем в організмах тварин з несхожою екологією та систематикою: рептилії (крокодили), ссавці (копитні, хижаки та ін.). Зокрема, в 1872—1873 рр. ним вивчався процес поглинання вуглекислого газу кров'ю. Разом з І. І. Мечниковим він виховав дуже талановитих учнів, які пізніше продовжили на кафедрі дослідницьку діяльність своїх вчителів, — П. А. Спіро (1844—1893) та В. М. Реп'яхова (1852—1905).

З осені 1882 року до літа 1897 року зоологічний кабінет ІНУ разом з лабораторією та музеєм очолював ординарний професор В. В. Зеленський. За багаторічну педагогічну роботу він здійснив значний обсяг наукової роботи у напрямку порівняльної ембріології та анатомії, палеозоології, провів організацію зоологічного музею на рівні кращих європейських університетів.

У період з 1890 р. до 1897 р. зоотомічний кабінет кафедри з лабораторією та музеєм очолював екстраординарний професор В. М. Реп'яхов. Він проводив порівняльно-ембріологічні дослідження : вивчав розвиток мшанок, червів, а також фауну м'якунів з Середземномор'я. Як ординарний професор (з 1897 р.) він створив єдину зоологічну лабораторію в ІНУ, де активно впроваджував гістологічні методи дослідження багатьох морфологіних особливостей тварин.

Після В. М. Реп'яхова в зоотомічному кабінеті, музеї та лабораторії на кафедрі працював професор П. М. Бучинський (1897—1911). Він активно вивчав фауну одноклітинних тварин у Чорному морі та лиманах навколо Одеси. В 1902 році вченому вдалося створити морську зоологічну станцію, яка розташовувалась на узбережжі Малого Фонтану Одеської затоки Чорного моря. Станцію офіційно відкрили у вересні 1904 року. Саме тут Бучинський та чимало його учнів (М. В. Куделін, М. Г. Лігнау, К. Кисилевич, О. Яценковський) вивчали різноманітних представників чорноморської морської фауни. Петро Миколайович, як чудовий педагог, домігся відкриття у 1904 році студентського біологічного гуртка ІНУ та був його першим президентом до 1911 року. І станція, і гурток кафедри зоології були справжніми осередками наукових досліджень молодих вчених і трибуною, де вони виступали з першими доповідями про свої результативні пошуки в науці. Зі стін ІНУ вийшли десятки майбутніх професорів, член-кореспондентів і академіків різних АН світу.

А з 1912 року до 1916 року на чолі вищезгаданих структур стояв в. о. екстраординарного професора, а у 1916—1920 рр. — в. о. ординарного професора Д. К. Третьяков, який у період 1912—1919 рр. був ще й секретарем фізико-математичного факультету. Вчений надзвичайно багато зробив для розвитку зоотомічного кабінету у складний період його розвитку: створив при ньому спеціальний музей порівняльної анатомії, розширив зоотомічну лабораторію, збагативши її обладнанням для морфологічних, порівняльно-анатомічних і гістологічних досліджень. ці дослідження Третьяков виконував блискуче сам і залучав до них своїх учнів (О. Р. Пренделя, М. О. Загоровського, Д. Л. Рубінштейна та ін.). Згодом професор створив і спеціальний музей медичної зоології, був третім президентом студентського біологічного гуртка в ІНУ, займався реконструкцією морської зоологічної станції. З вересня 1918 року він опікувався ще й зоологічним музеєм та кабінетом з лабораторією. А у 1920—1921 рр. ним був створений та очолювався до 1938 р. природничий музей Одеси.

Зоологічний кабінет з музеєм та лабораторією з 1897 до 1920 року очолювали: ординарний професор В. М. Реп'яхов, потім на посадах від екстраординарного до заслуженого професора (1905—1918 рр.) Я. М. Лебединський. Останній продовжував порівняльно-ембріологічні дослідження тварин, особливо немертин, крабів, мшанок. Збагатив музей рідкісними експонатами з різних зоологічних фірм Європи.

Наступником Я. М. Лебединського став в. о. ординарного професора Д. К. Третьяков, який захистив зоологічний музей від загибелі в часи кривавої громадянської війни.

В 1920—1930 рр. університет був тимчасово закритий. На його базі було сформовано три самостійні інститути: медичний, фізико-математичний і гуманітарно-суспільний. З двох останніх були створені Інститут народної освіти (пізніше – Інститут професійної освіти) Одеси та науково-дослідний Зоолого-біологічний інститут при Всеукраїнській Академії наук.

На кафедрах інституту викладали професори Д. К. Третьяков, М. Г. Лінгау, О. О. Браунер, С. М. Морін. Усі вони вели власні спеціальні дослідження та залучали студентів до широких фауністичних дослідів з експериментальної морської зоології та палеозоології.

В 1930 р. робота класичного університету була відновлена.

В 1933 р. від зоологічної кафедри відокремилась кафедра гідробіології. Першим її завідувачем був професор М. О. Загоровський – знавець лиманів, один з ініціаторів біоценотичних досліджень в Одеській затоці. Після його смерті у 1934 р. кафедру очолив доцент О. К. Макаров. Під його керівництвом проводилося вивчення риб та бентосу північно-західної частини Чорного моря, дослідження лиманів.

До 1937 р. існувала єдина кафедра зоології, яку очолив академік Д. К. Третьяков — перший декан новоутвореного біологічного факультету в період 1933—1939 рр. Він розпочав еколого-морфологічні дослідження на кафедрі.

З 1937 р. в ОДУ існувало вже дві зоологічні кафедри:

— зоології безхребетних, завідувачем якої у 1937—1976 рр. був професор, член-кор. АН України М. П. Савчук, члени кафедри — професор- ентомолог О. М. Кириченко, доцент С. М. Морін та ін.;

— зоології хребетних, завідувачем якої у 1937—1941 рр. був професор, академік АН України Д. К. Третьяков, члени кафедри — доценти Г. І. Конопльов, К. Т. Бренейза, М. М. Жуков, П. І. Дмитрашко та ін. Директором зоомузею в 1941 р. був професор О. О. Браунер.

Кафедри вели значний обсяг науково-педагогічної роботи, виконували значну дослідницьку діяльність у лабораторіях морфології та фауністики Зообіна Одеси, морської зоологічної станції, Карантинній станції та інших установах Одеси.

З 1941 по 1944 р. ОДУ перебував в евакуації поза Одесою. Обидві зоологічні кафедри в евакуації очолював професор М. П. Савчук, спочатку у м. Майкопі (1941— 1942 рр.), а згодом у м. Байрам-Алі (1942—1944 рр.), де співробітники кафедр виконували значний обсяг як педагогічної, так і прикладної наукової роботи.

Не всі викладачі та студенти змогли виїхати з Одеси під час евакуації. Кафедру зоології університету Трансністрії в окупованій Одесі очолював професор О. Р. Прендель (1888—1970), а роботою зоологічного музею опікувався професор С. А. Нікітін (1899—1956). Саме їм вдалося зберегти багато рідкісних експонатів з фондів кафедри зоології та музею, які не змогли евакуювати.

Після війни обидві кафедри на чолі з завідувачами продовжили різнопланову науково-педагогічну роботу в ОДУ:

• кафедра безхребетних на чолі з М. П. Савчуком, В. Д. Севастьяновим (1976—1986);
• кафедра хребетних на чолі з І. І. Пузановим (1947—1971), Л. Ф. Назаренко (1971—1985).

У післявоєнні роки професор І. І. Пузанов очолив комплексні дослідження лиманів Північно-Західного Причорномор'я. Почалось активне вивчення фауни нових і старих лісових насаджень та їх ролі у степових біоценозах. Велику увагу було приділено вивченню перельотів птахів, умов, в яких вони відбуваються, особливо у зв'язку з розвитком повітряного флоту. Професору І. І. Пузанову належить велика роль у створенні та охороні багатьох заповідників, заказників. Цей знаний науковець був яскравим організатором наукових досліджень усього колективу кафедри зоології.

На кафедрі зоології хребетних успішно працював визнаний фахівець-орнітолог, професор Ф. І. Страутман. Значний час на кафедрі працювала професор О. П. Андрійко. Вона була глибоким науковцем та чудовим педагогом-методистом.

За великий обсяг проведеної наукової роботи з практичної зоології та активної дослідницької діяльності з вивчення окремої систематичної групи Acari (кліщі) професор В. Д. Севастьянов отримав у 1980 р. Державну премію.

В 1986 р. кафедри зоології хребетних та безхребетних тварин об’єднуються з кафедрою гідробіологією. Новоутворену кафедру зоології та гідробіології очолює професор В. Д. Севастьянов. В 1990 під його керівництвом продовжує роботу окрема кафедра зоології. З 1992 р. кафедру зоології очолює провідний фахівець з екологічних проблем сучасності, послідовник професора І. І. Пузанова, доктор біологічних наук, професор В. П. Стойловський.

На кафедрі зоології в кінці ХХ – початку ХХІ ст. працював цілий ряд талановитих вчених та викладачів. Доцент А. І. Корзюков розвивав орнітологічні дослідження в регіоні та в цілому в Україні. Він був співзасновником Азово-Чорноморської орнітологічної групи, головою Орнітологічного товариства України; саме він в 1970 р. почав проводити активні дослідження міграцій птахів на острові Зміїний.

Доцент О. К. Фурман займалася дослідженням біології мешканців ґрунтів. Багато років Ольга Карпівна була замісником декана біологічного факультету по навчальній роботі, тому її з теплотою згадують багато поколінь випускників факультету.

Доцент С. Ф. Ужевська приділяла увагу проблемам захисту рослин, вивчала кліщів та комах, що є шкідниками. Багато років була головою паразитологічного та ентомологічного товариств Одеського регіону.

Старший викладач В. Ф. Микитюк був спеціалістом-арахнологом. Також розвивав напрям екологічних досліджень членистоногих.

Старший викладач О. Ф. Крутоголова вивчала членистоногих, що мешкають в ґрунті. Найбільше працювала з Collembola.

Зараз на кафедрі зоологічні дослідження проводять доценти О. Ф. Делі, Д. А. Ківганов, Ю. М. Олійник, С. Я. Підгорна, В. А. Трач, К. Й. Черничко. Основні напрямки їх досліджень це акарологія, арахнологія, ентомологія, гельмінтологія, орнітологія, морфологія, охорона природи.

Кафедру гідробіології після реевакуації університету у 1944 р. очолив професор О. Р. Прендель, відомий своїми дослідженнями малярійного комара і розробкою методів боротьби з малярією у Північному Причорномор’ї, гідробіологічними дослідженнями рибогосподарських ставків Одеської та інших областей України.

У 1955–1971 рр. на кафедрі працював завідувач Одеської гідробіологічної станції АН УРСР професор К. О. Виноградов. У 1964–1965 рр. він виконував обов’язки завідувача кафедри. За його ініціативою до навчального плану біологічного факультету було введено загальний курс «Загальна гідробіологія», який досі викладається студентам-біологам. У той же час університет придбав судно для наукових досліджень в морі.

У 1965 р. кафедру очолив професор Ф. С. Замбриборщ, іхтіолог і гідробіолог. У 1966 р. він захистив докторську дисертацію “Рыбы низовьев рек и причерноморских водоемов северо-западной части Черного моря». Опублікував понад 110 наукових праць. Організатор наукових досліджень на кафедрі з водної токсикології. Під його науковим керівництвом захистилося 19 аспірантів.

З 1967 по 1975 рік на кафедрі працював іхтіолог професор Віктор Сергійович Чепурнов. Багато уваги приділяв вивченню біології і динаміки чисельності риб водойм Дунай-Дністровського межиріччя і прилеглої до нього північно-західної частини Чорного моря.

На початку 80-х років минулого сторіччя кафедру очолював професор М. П. Новіков – іхтіолог з великим досвідом роботи у Світовому океані, Чорному морі. У цей час на кафедрі проводили дослідження з біології та екології промислових чорноморських риб.

У 1986 р. кафедру гідробіології було об’єднано з кафедрою зоології. Спільну кафедру очолив проф. В. Д. Севастьянов. З 1990 р. кафедра знов стала самостійною під назвою кафедра гідробіології та загальної екології.

З 1990 р. завідувачем кафедри гідробіології та загальної екології став доцент кафедри ботаніки М. О. Гусляков, учень професорів Ф. С. Замбриборща та І. І. Погребняка. Професор М. О. Гусляков відомий альголог – один із співавторів атласу-визначника діатомових водоростей Чорного моря.

З 2005 р. по 2015 р. кафедру очолював учень професора Ф. С. Замбриборща доцент В. В. Заморов, декан біологічного факультету з 2006 р. Захистив кандидатську дисертацію на тему «Питание и трофические связи желтопёрого, большеглазого тунцов и алепизавров в западной части Индийского океана». Поєднуючи підходи класичної іхтіології з сучасними молекулярно-генетичними методами, В. В. Заморов досліджує популяційну структуру промислових видів риб та їх трофічні зв’язки в водоймах північно-західного Причорномор’я. Розробляє математичні моделі щодо оцінки чисельності і біомаси промислових видів риб в водоймах України.

З 2015 р. завідувачем кафедри гідробіології та загальної екології став доктор біологічних наук, доцент В. О. Лобков. У 2014 р. захистив докторську дисертацію на тему «Внутрішньопуляційна регуляція чисельності ссавців на прикладі крапчастого ховрашка (Spermophilus suslicus Guld.) та інших видів». Проводить дослідження в галузі популяційної екології, динаміки чисельності ссавців. Працює в галузі природно-наукового музеєзнавства. Розробляє технологічні основи розведення і утримання рідкісних видів тварин, які перебувають під загрозою зникнення.

На кафедрі гідробіології та загальної екології в кінці ХХ – початку ХХІ ст. викладачами та співробітниками проводились різноманітні дослідження. Старший викладач А. О. Снігірьова вивчала мікрофітобентос Чорного моря. Дослідженнями морського макрозообентосу займався старший викладач О. В. Чернявський. Доцент М. А. Віннікова була фахівцем з іхтіопланктону. Також на кафедрі працювали асистент Л. Д. Бабаніна, яка вивчала зоопланктон північно-західній частині Чорного моря; фахівець з морського зообентосу асистент Л. С. Гарба; асистент В. А. Малаховський – вивчав промислових риб Одеського регіону; старший викладач Н. І. Бєлєнкова – фахівець з зообентосу континентальних водойм.

Доцент М. М. Джуртубаєв і молодший науковий співробітник Ю. М. Джуртубаєв значно розширили список видового складу макрозообентосу, вивчили його розподіл по озерах, кількісну характеристику в нових екологічних умовах, що склалися після спорудження дамб та скорочення зв’язку озер з Дунаєм. В цей же час старший науковий співробітник Г. Ю. Коломєйченко і старший викладач О. О. Семенова здійснили оцінку токсичності донних відкладень озер, використовуючи методи біотестування.

Зараз на кафедрі популяційною генетикою риб займається доцент Д. Б. Радіонов. Біологію і екологію бичкових риб вивчають к.б.н. доцент І. Л. Рижко та старший викладач Ю. В. Караванський. Крім того, Ю. В. Караванський є висококваліфікованим фахівцем в галузі декоративного рибництва. За його активної участі на базі біологічного факультету відкриті курси акваріумістики, де всі бажаючі можуть отримати теоретичні знання та освоїти практичні навички роботи за програмою «Декоративне рибництво».

Треба відмітити й наявність такого підрозділу, як гідробіологічна станція, керівником якої вже багато років є доцент О. О. Ковтун, який є спеціалістом з діатомових водоростей. Як досвідчений аквалангіст, він активно збирає унікальний матеріал щодо біології гідробіонтів Чорного моря, прісноводних водойм, катакомб та ін.

Наявність гідробіологічної станції та на ній зареєстрованої бази-стоянки, дозволяє не тільки проводити дослідження фахівцям кафедри, але й проводити практики, практичні заняття студентів, збирати матеріал для курсових та дипломних робіт.

В 2022 р. кафедра зоології та кафедра гідробіології та загальної екології утворюють єдину кафедру зоології, гідробіології та загальної екології під керівництвом професора В. П. Стойловського.