Historia Muzeum i Instytutu Zoologii należącego obecnie do Polskiej Akademii Nauk sięga początku dziewiętnastego wieku. Dzisiejsza placówka z blisko dwustuletnią tradycją powstała dzięki pracy wielu pokoleń.

Zaczątkiem instytucji był Gabinet Zoologiczny powstały w 1819 r przy Królewskim Uniwersytecie Warszawskim. Gabinet Zoologiczny, na który w początkowym okresie składały się zbiory barona Sylviusa Minckwica kupione od jego spadkobierców, wraz z biblioteką przyrodniczą rozwijał się przez 43 lata pod kierownictwem Feliksa Pawła Jarockiego.

Paweł Jarocki kierował Gabinetem od 1818 do 1862 r. Dzięki jego staraniom, przede wszystkim drogą zakupów, zbiory zoologiczne powiększały się w szybkim tempie. W pierwszych latach działalności Gabinetu Zoologicznego, zorganizowane zostało Muzeum, dostępne dla publiczności. Urządzono je według wzorów dziewiętnastowiecznych. Siedzibą Muzeum i wystawy (aż do 1835 r., kiedy to w gmachu wybuchł pożar), pozostał budynek przy Krakowskim Przedmieściu.

Następcą Jarockiego został Władysław Taczanowski, pracujący w Gabinecie od 1855 r. Wraz z objęciem przez niego funkcji kierownika, od 1862 r. zmienił się charakter tej placówki. 

Gabinet stał się miejscem skupiającym wszystkich przyrodników polskich, którzy zajmowali się zagadnieniami z dziedziny systematyki oraz zoogeografii zwierząt. Dzięki nawiązaniu kontaktów z instytucjami zagranicznymi znacznie zwiększyły się wpływy do kolekcji pochodzące z wymiany, zakupów oraz darów. Zbiory zaczęły mieć nie tylko charakter edukacyjny ale i naukowy. W 1864 r. Taczanowski nawiązał ścisłą współpracę z Konstantym i Aleksandrem Branickimi, którzy roztoczyli stały mecenat nad Gabinetem. Pokrywali oni koszty wielu ekspedycji i eksploracji do Ameryki Południowej i Afryki, których efektem było zarówno powiększanie kolekcji zoologicznej jak i opracowania naukowe zebranych materiałów. Taczanowski kierował Gabinetem przez 28 lat, do śmierci w 1890 r. Następcami Taczanowskiego byli kolejno Nikolaj Viktorovič Nasonov 1890-1906 i Jakob P. Ščelkonovcev 1906-1915. Około 1880 r., dzięki inicjatywie i funduszom braci Branickich powstało prywatne Muzeum Zoologiczne. Inicjatorem tej idei był Władysław Taczanowski, który obawiał się, że władze rosyjskie, ograniczające rozwój Gabinetu Zoologicznego, wywiozą zbiory do Rosji. Dzięki utworzeniu prywatnego muzeum wszystkie cenniejsze materiały, nadsyłane z całego świata, przekazywane były do kolekcji Branickich. Konstanty Branicki nabywał je także z a granicą. Kierownikiem Muzeum był Jan Sztolcman (1887-1919). W 1887 roku Muzeum Zoologiczne Branickich udostępniło swoje zbiory publiczności. W roku 1919, już w niepodległej Polsce, Braniccy ofiarowali swe zbiory społeczeństwu. Z połączenia Muzeum Branickich i Gabinetu Zoologicznego powstał Dział Zoologiczny Narodowego Muzeum Przyrodniczego. W 1921 roku Dział ten przemianowany został na Polskie Państwowe Muzeum Przyrodnicze, a w roku 1928 na Państwowe Muzeum Zoologiczne. 

Pracownicy Muzeum kontynuowali chlubne tradycje prowadzonych badań naukowych w Ameryce Południowej i Północnej. Brali m.in. udział w wyprawach żaglowca "Dar Pomorza" do Brazylii i Afryki południowej. W roku 1921 wydano pierwszy zeszyt Prac Zoologicznych Polskiego Państwowego Muzeum Przyrodniczego - Annales Zoologici Musei Polonici Historiae Naturalis, w roku 1930 zaczęły się ukazywać Fragmenta Faunistica, a w roku 1933 Acta Ornitologica. Wszystkie te czasopisma ukazują się do dziś. 


W okresie międzywojennym kierownikami Muzeum zoologicznego byli: Konstanty Janicki (1919-1920), Antoni Wagner (1921-1928), Władysław Poliński (1928-1929), Wacław Roszkowski (1929-1935 i 1937), Janusz Domaniewski (1936) i Tadeusz Jaczewski (1937-1940). W 1935 r. pożar w gmachu Państwowego Muzeum Zoologicznego, znajdującego się na terenie Uniwersytetu Warszawskiego, zniszczył znaczną część zbioru kręgowców. Po pożarze zaistniała konieczność przeniesienia siedziby Muzeum do innego budynku. Przeniesiono je tymczasowo do gmachu przy ul. Wilczej 64, gdzie wcześniej mieściła się szkoła handlowa. W nowym budynku, nieprzystosowanym do ekspozycji, do II wojny światowej nie powstała żadna wystawa. Kolejne straty w zbiorach zanotowano podczas II Wojny Światowej. Już w pierwszych dniach wojny w 1939 r., w budynek Muzeum trafiło kilka pocisków artyleryjskich, poważnie go uszkadzając i niszcząc część zbiorów. W listopadzie tegoż roku oficerowie SS wywieźli szereg okazów zoologicznych, około 250 woluminów książek oraz część aparatury i mebli. Po Powstaniu Warszawskim budynek został podpalony przez Niemców. Spłonęły wówczas dwa piętra, a straty poniesione w wyniku pożaru były  znaczne. Niemal całkowitemu zniszczeniu uległy zbiory entomologiczne - około 2 milionów okazów owadów oraz 17000 woluminów książek i całe archiwum, zawierające wiele cennych dokumentów kolekcjonowanych od początku XIX w. W okresie wojennym kierownikami Muzeum Zoologicznego byli: Władysław Rydzewski (1940) i Kazimierz Tarwid (1940-44). W czasie wojny zginęło i rozproszyło się po świecie wielu pracowników i współpracowników Państwowego Muzeum Zoologicznego. Z 31 pracowników w 1939 r. do pracy w 1945 wróciło 18 osób. W latach 1947-50 przyjęto do pracy kilku nowych pracowników (około 10 osób) -absolwentów wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Zbiory powiększały się znacznie dzięki licznym darom oraz zbieraniem materiałów prowadzonym w Albanii, Jugosławii, Bułgarii i na Kaukazie.

W pierwszym okresie powojennym, w latach 1945-1953, kierownikiem Muzeum był Stanisław Feliksiak. Kolejny etap w rozwoju Muzeum rozpoczął się w 1952 r., wraz z powstaniem Polskiej Akademii Nauk. Powołano wtedy Instytut Zoologii PAN, w skład którego weszło Muzeum Zoologiczne w Warszawie i Muzeum Przyrodnicze w Łodzi. W roku 1954 do Instytutu przyłączono Muzeum Przyrodnicze w Poznaniu i Muzeum Przyrodnicze PAU w Krakowie, oraz utworzono Zakład Badania Ssaków w Białowieży. W 1954 r. Instytut Zoologiczny posiadał 105 etatów pracowników nauki (w tym pracowników naukowych biblioteki), 40 etatów administracyjnych i 6 etatów obsługi. W roku 1958 Stacja Obrączkowania Ptaków, istniejąca od okresu międzywojennego w Państwowym Muzeum Zoologicznym, zostaje przeniesiona do Górek Wschodnich koło Gdańska, gdzie zachowując dawną funkcję, zostaje przekształcona w terenową Stację Ornitologiczną. Od 1958 r. Instytut uzyskał prawo do nadawania stopnia doktora. Dyrektorem Instytutu w latach 1953-59 był Tadeusz Jaczewski. Dzięki międzynarodowym umowom PAN pracownicy Instytutu mogli odbywać staże i korzystać ze zbiorów innych Muzeów na świecie (Leningrad, Budapeszt, Berlin). Zagraniczne wyprawy terenowe prowadzono w krajach Europy południowo-wschodniej oraz Azji południowo-wschodniej i na Kubę. Wyjazdy te wzbogaciły zbiory o tysiące okazów, setki gatunków i typów opisowych. W ramach działalności wydawniczej w latach pięćdziesiątych powołano do życia nowe wydawnictwa: Memorabilia Zoologica, Katalog Fauny Polski, Fauna Polski, Klucze do oznaczania bezkręgowców Polski, Acta Zoologica Cracoviensia, Acta Theriologica. Wzrosła również ranga Biblioteki, która w latach pięćdziesiątych uznana została za centralną bibliotekę zoologiczną w kraju, a w 1998 r. została zaliczona przez Ministra Kultury do bibliotek, której zbiory tworzą narodowy zasób biblioteczny.

Po II wojnie działalność wystawienniczą można podzielić na dwa okresy. W pierwszym z nich trwającym do 1976 r., w budynku przy ul. Wilczej, początkowo zorganizowano wystawę stałą. Z czasem wygospodarowano dodatkowe sale, w których powstawały wystawy czasowe. W latach 1959-76 sale wystawowe przeniesione zostały do Pałacu Kultury i Nauki. Pracownicy Instytutu zorganizowali tam ekspozycję stałą. Rozwój Instytutu zahamowany został w początku lat sześćdziesiątych, kiedy rozpoczęło się stałe zmniejszanie liczby etatów i nakładów finansowych. W tym czasie usamodzielniają się kolejno poszczególne oddziały. Już w 1957 r. oddziela się Zakład Badania Ssaków. W roku 1962 Oddział Krakowski przekształca się w samodzielny Zakład Zoologii Systematycznej i Doświadczalnej PAN, Oddział w Łodzi przechodzi jako Muzeum do Katedry Ewolucjonizmu Uniwersytetu Łódzkiego. W roku 1975 Oddział w Poznaniu tworzy Zakład Biologii Rolnej. W roku 1975 placówka liczy już 129 pracowników, w tym 61 pracowników naukowych i naukowo-technicznych, 20 pracowników biblioteki oraz 38 pracowników administracji i obsługi. Dyrektorem Instytutu w latach 1959-1972 był Janusz Nast, a w kolejnych latach Henryk Szelengiewicz (1972-1981), Przemysław Trojan (1981-1982) i Bohdan Pisarski (1982-1992). W roku 1992 wznowiona została działalność wystawiennicza, która ze względów finansowych zamarła w roku 1976. Ostatnie dziesięciolecie zaowocowało  dwomawystawami stałymi w PKiN, kilkanaście wystaw czasowych. Nie powiodły się z kolei starania o utworzenie muzeum historii naturalnej m. st. Warszawy. W roku 1990 Stacja Ornitologiczna Instytutu Zoologii w Górkach Wschodnich została przez władze PAN przekazana Instytutowi Ekologii (obecnie od 2007 roku ponownie należy do MiIZ). W 1992 stan osobowy zredukowany został o ponad pięćdziesiąt procent i wynosił 72 osoby w tym: 44 pracowników naukowych i naukowo-technicznych, 9 pracowników biblioteki i wydawnictw oraz 19 osób pracowników administracyjnych i obsługi. Obecnie Instytut zatrudnia 114 pracowników, w tym: 76 pracowników naukowych i naukowo-technicznych, 18 pracowników biblioteki oraz 20 pracowników administracji i obsługi. Od 1997 r. Instytut ma prawo do nadawania stopnia doktora habilitowanego. W latach 1992-1995 Dyrektorem był Stanisław L. Kazubski, a następnie Stanisław Adam Ślipiński (1995-1999). Obecnie funkcję dyrektora od 1999 r. pełni Wiesław Bogdanowicz.