Физиологический отдел был организован в составе Императорского института экспериментальной медицины в 1891 г.
Первоначально для него приспособили деревянное здание с двухэтажной каменной пристройкой. Деревянная часть была снесена в 1960-е гг. В 1895 к каменной части была выполнена симметричная пристройка.
В здании располагалась первая в мире специальная клиника для собак (реализована по идее И.П. Павлова). Здесь находилась операционная под стеклянным куполом, оборудованная по последнему слову хирургической техники.