Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego powstał w Warszawie w 1918 roku z inicjatywy Kazimierza Białaszewicza, Edwarda Flataua oraz Romualda Minkiewicza. Instytut nazwano imieniem Marcelego Nenckiego (1847–1901 r.) - pracującego w  Zurichu i w Petersburgu wybitnego polskiego chemika, lekarza i fizjologa – uważanego za współtwórcę współczesnej biochemii. 

Utworzony początkowo z trzech zakładów Towarzystwa Naukowego Warszawskiego (Zakładu Fizjologii, Zakładu Biologii Ogólnej i Zakładu Neurobiologii), w latach 1920. powiększył się o Zakłady Embriologii Doświadczalnej, Morfologii i Biometrii. Powstała także sieć stacji terenowych, dzięki którym Instytut Nenckiego stał się kolebką polskiej hydrobiologii i oceanografii. Jako pierwszą utworzono Stację Hydrobiologiczną na Wigrach (1920r.), później Stację Morską w Helu (1932r.) i Stację Rzeczną w Pińsku (1937r.), a w roku 1951 została założona Stacja Hydrobiologiczna w Mikołajkach. Obecnie w naszej strukturze pozostała jedna stacja terenowa – Stacja Badawcza w Mikołajkach, która wróciła do Instytutu w roku 2014.
Już w okresie międzywojennym instytut stał się wiodącą placówką biologiczną w kraju. Do takiej roli predysponowała go wybitna kadra, nowoczesny warsztat, tematyka badawcza i bogata biblioteka

Podczas II wojny światowej Instytut Nenckiego poniósł ogromne straty. Z grona sześciu ówczesnych kierowników zakładów i stacji badawczych przeżył tylko Mieczysław Bogucki oraz Aniela Szwejcerowa-kierownik biblioteki Instytutu, a cały dorobek materialny placówki, łącznie ze stacjami terenowymi oraz zbiorami bibliotecznymi, został doszczętnie zniszczony. Trud odbudowy Instytutu  postanowiła podjąć szóstka uczonych: Stanisława i Jan Dembowscy, Liliana Lubińska i Jerzy Konorski oraz Stella i Włodzimierz Niemierko. W 1945 roku instytut reaktywował swoją działalność, jednak w zniszczonej wojną Warszawie nie było możliwości odbudowy, dlatego postanowiono o jego tymczasowej lokalizacji w Łodzi.

Sprzyjające okoliczności dla  powrotu siedziby placówki  do stolicy pojawiły się w 1949 roku po uzyskaniu odpowiedniego terenu. Był to 1 ha gruntu na warszawskiej Ochocie, między ulicami Pasteura a Marii Skłodowskiej-Curie. Budowa rozpoczęła się w 1950 r, a w latach 1953–55 wszystkie zespoły badawcze przeniosły się do Warszawy, do nowej siedziby przy ulicy Pasteura 3. W tym budynku, kilkukrotnie w międzyczasie modernizowanym, Instytut Nenckiego działa do dziś. W 1952 r. został włączony w strukturę Polskiej Akademii Nauk.