Физиолошки завод (претеча данашњег Института) основан је 1910. године, заслугом академика проф. Ивана Ђаје (1884-1957). Захваљујући научним открићима из области терморегулације и биоенергетике којима је дао непроцењив допринос угледу Србије у свету, Катедра за физиологију и Физиолошки завод под руководством проф. Ивана Ђаје постали су препознатљиви у светској научној јавности као „Београдска физиолошка школа“. Током Другог светског рата, у великом пожару уништена је комплетна опрема, као и богата бибиотека Завода, што је привремено прекинуло успешан научни рад ове установе. Након одласка у пензију проф. Ивана Ђаје 1955. године, на место управника Физиолошког завода и шефа Катедре за физиологију долази академик проф. Радослав Анђус (1926-2003), који се сматра утемељивачем модерне физиологије у Србији. Научни рад проф. Радослава Анђуса обележио је развој физиолошке науке у Србији у другој половини 20. века, а међу његовим најзначајнијим открићима су она добијена проучавањем дубоке и екстремне хипотермије.

Физиолошки завод мења назив у Институт за физиологију и биохемију 1972. године. Од Катедре за физиологију тада настају три нове: Катедра за општу физиологију и биофизику, Катедра за упоредну физиологију и екофизиологију и Катедра за биохемију и молекуларну биологију. Први шеф новоформиране Катедре за упоредну физиологију и екофизиологију био је академик проф. Војислав Петровић. Проф. Петровић био је један од оснивача Екофизиолошке ендокринологије, а посебан научни допринос дао је у области антиоксидативне заштите.

Исте те године (1972) основана је и нова студијска група Молекуларна биологија и физиологија, јединствена у тадашњој Југославији. Уједно, студије молекуларне биологије и физиологије основане су међу првима и у Европи, одмах након оних у Енглеској и Француској. Кључан допринос оснивању студијске групе Молекуларна биологија и физиологија дао је академик проф. Душан Каназир (1921- 2009). Проф. Каназир је уједно био и први шеф новоформиране Катедре за биохемију и молекуларну биологију. Проф Каназир био је један од утемељивача молекуларне биологије у тадашњој Југосавији, као оснивач „Винчанске групе“ која се сматра пиониром истраживања из области молекуларних механизама експресије гена и генетичког инжењерства. Академик проф. Душан Каназир био је и дугогодишњи председник Српске академије наука и уметности.

Од 2018. године Институт за физиологију и биохемију носи назив према свом оснивачу – Институт за физиологију и биохемију „Иван Ђаја“. На иницијативу Института и Биолошког факултета проф. Ивану Ђаји је у истоименој улици на Врачару постављена спомен-плоча 2010. године, на дан отварања симпозијума у част 100-годишњице оснивања Београдске физиолошке школе. Истог дана у САНУ је откривена и његова биста, која се данас налази у библиотеци Института.

Наставници нашег Института заслужни су и за оснивање физиолошких и молекуларно- биолошких лабораторија у свим научним институтима, како у Београду, тако и широм Србије. Многи угледни научници потекли су са Института, током његовог постојања дугог 113 година. Неки од њих су своју научну каријеру наставили у угледним светским лабораторијама.

Институтом су од 1979. године до данас руководили: проф. Ана Савић (1979-1981), проф. Мира Пашић (1981-1987), проф. Војислав Петровић (1987-1989), проф. Вукосава Давидовић (1989-2002), проф. Павле Анђус (2002-2006), проф. Надежда Недељковић (2006-2009), проф. Гордана Цвијић (2009- 2012), проф. Горан Брајушковић (2012-2018), проф. Јелена Ђорђевић (2018-2021) и проф. Данијела Лакета (2021-)

Данас, у оквиру Института за физиологију и биохемију „Иван Ђаја“, функционишу и три центра: Центар за хуману молекуларну генетику, Центар за фор. уипр у мо рну генетику и Центар за ласерску микроскопију. Центар за хуману молекуларну генетику (претходно Центар за примену и развој РСЕ-а) основала је 1997. године проф. Станка Ромац, као прву лабораторију за хуману идентификацију на основу анализа молекула ДНК у Србији. Из овог центра 2017. године проистекао је и Центар за форензичку и примењену молекуларну генетику чији се стручни рад одвија у области форензичке биологије, док је стручни рад Центра за хуману и молекуларну биологију наставио да се одвија у области хумане идендификације и молекуларне дијагностике наследних неуромишићних болести човека. Центар за ласерску микроскопију основан је 2004. године уз помоћ првог великог Европског пројекта Института, чији је руководилац био проф. Павле Анђус који од оснивања и руководи Центром.

У последњој декади наставници и сарадници Института активно су учествовали у великом броју међународних и националних пројеката. Стални пораст броја истраживачких група и пријем младих истраживача довео је и до формирања нових лабораторија у оквиру Института: лабораторије за микробијалну биотехнологију, лабораторије за „patch clamp“, лабораторије за неуробиологију, као и заједничке лабораторије коју користе наставници и сарадници све три катедре, док се рад истраживачке групе за квантитативну биологију обавља путем савремене технологије у простору Института. За време пандемије ковида 19 у периоду 2020-21 године, бројни сарадници Института су дали значајан допринос молекуларној дијагностици SARS-CoV-2 вируса.

Од 2012. године, Институт додељује годишњу награду за најбољу докторску дисертацију и мастер рад из области физиологије „Иван Ђаја“.