Кафедра біології організована в Київському медичному інституті у 1924 р. До цього викладання біології студентам медичного факультету здійснювалось лише у формі читання лекцій з ботаніки та зоології. У ті роки лекції читали такі відомі вчені, як автор капітальних праць з флори Росії професор І.Шмальгаузен, професори ботаніки О.Баранецький і К.Пурієвич, відомий дослідник безхребетних Чорного моря професор Н.Бобрецький. Спеціально для студентів медичного факультету професор І.Шмальгаузен написав "Краткий курс ботаники".
Після перетворення медичного факультету в медичний інститут створені самостійні кафедри ботаніки та зоології, лекційні курси на яких читали академік А.Фомін і професор М.Воскобойников, відомий спеціаліст з порівняльної анатомії хребетних.
На базі цих кафедр утворена кафедра біології, її очолив відомий фізіолог рослин професор Є.В.Вотчал. У перші роки науковий напрямок кафедри ще не визначився, і професори, які читали окремі курси із зоології та паразитології, проводили наукові дослідження на відповідних кафедрах університету.
Систематичні наукові дослідження на кафедрі біології КМІ почались з приходом професора М.В.Черноярова, який очолював її з 1930 по 1939 р. Основний напрямок його наукових робіт - вивчення гаметогенезу і запліднення у рослин і тварин. Професор М.В.Чернояров вивчав редукційний поділ у рослин, а його учениця К.Ю.Кострюкова - гаметогенез у вищих рослин, її докторська дисертація виконана і захищена у Київському університеті.
Професор К.Ю.Кострюкова очолила кафедру в 1941 р. і керувала нею до 1968 р. У ці роки проводились дослідження мітотичного і немітотичного поділу клітин, а також вивчалась внутрішньовидова постійність числа і форм хромосом. На жаль, отримані дані трактувались з позицій "мічурінської" біології, уявлень О.БЛепешинської про виникнення клітин із неклітинної живої речовини і положень академіка Т.Д.Лисенка, ученицею якого вважала себе професор К.Ю.Кострюкова. За підтримки Т.Д.Лисенка вона активно сприяла ліквідації генетичних лабораторій і кафедр у вищих навчальних закладах освіти України, бо була переконана у хибності та антинауковості генетики.
Незважаючи на це, на кафедрі виконаний ряд цікавих робіт з вивчення сперматогенезу в хребетних і безхребетних тварин, а також процесу запліднення при різних впливах на репродуктивну функцію.
У 1968 р. кафедру очолив професор В.Д.Дишловий, який керував до цього створеною ним першою в республіці медико-генетичною лабораторією. З його приходом здійснена перебудова діяльності кафедри, співробітники включились у виконання комплексних наукових тем, актуальних для теорії і практики медицини, що вимагала засвоєння сучасних методів наукових досліджень (культивування клітин, каріотипування, електронної та люмінісцентної мікроскопії, цитофотометрії, авторадіографії тощо).
Основний науковий напрямок кафедри у ці роки - цитогенетичні та ембріологічні дослідження. Проведений математичний аналіз механізмів розмноження клітин, створена модель інтерфазного ядра еукаріот, вивчені домінантні та рецесивні гени, визначено значення функціонального стану хромосом у генетичній саморегуляції і патогенезі хромосомних хвороб. Крім того, вивчалась дія різних біологічно активних факторів на біологічні об'єкти та організм людини.
Важливим внеском кафедри у практичну охорону здоров'я є запропонований професором В.Д.Дишловим цитологічний експрес-метод характеристики загального стану організму на основі оцінки особливостей ядер буккального епітелію (каріограма).
З 1989 по 1991 р. кафедрою біології завідував відомий український учений, спеціаліст у галузі фізіології рослин академік НАН України К.М.Ситник, одночасно директор Інституту ботаніки НАН України. З 1989 по 1992 р. завідувач відділу цього ж інституту відомий ботанік, член-кореспондент НАН України С.П.Вассер був одночасно професором кафедри.
З 1991 р. завідувачем кафедри біології є доктор біологічних наук, професор О.В.Романенко. Під його керівництвом розвивається новий науковий напрямок - нейробіологія вітамінів. Виявлені нові шляхи прояву біологічної активності в організмі вітамінів В1 і В6, пов'язані з їх участю в модуляції нервово-м'язової передачі.
У центральних та периферичних синапсах досліджуються механізми модуляції синаптичної передачі тіаміном та його ендогенними похідними і синтетичними тіазолієвими аналогами вітаміну В1. Серед останніх знайдені блокатори нейротоксичної дії на організм білка з отрути павука каракурта а-латротоксину і обумовленої ним зміни квантової секреції медіатора з нервових закінчень та іонної проникності мембран. Результати зазначених досліджень відображені в монографії О.В.Романенка "Ней-ромодуляторна роль тіаміну та його похідних" (1999).
Дослідження, що виконуються на кафедрі, спрямовані також на вирішення фундаментальних проблем регуляції моторики шлунково-кишкового тракту вітамінами В1, В6 та їх похідними. Уперше встановлено, що піродоксаль-5'-фосфат та піродоксаль викликають зміни амплітуди та форми синаптичних потенціалів та скоротливої активності глад-ком'язових смужок людини і тварин. Вивчаються молекулярні механізми цих явищ. Зазначені дослідження безпосередньо пов'язані з вирішенням такої важливої проблеми охорони здоров'я, як розробка ефективних шляхів регуляції моторики шлунково-кишкового тракту.
На кафедрі проводяться науково-педагогічні пошуки з проблеми наступності навчання та оптимізації викладання з урахуванням психо-соціальних аспектів підготовки сучасного спеціаліста.
Значна увага приділяється завідувачем кафедри професором О.В.Романенком актуальним для України екологічним проблемам, що знайшло відображення у навчальних посібниках: "Основи екології" (2001), "Біологія та екологія автотрофних організмів" (1999), "Гідробіологічний російсько-українсько-англійський словник-довідник" (1999), "Медична генетика: Задачі, тести, вправи" (1996), "Медична генетика: Практикум" (1996).