Grundlæggelsen af den zoologiske station går tilbage til marts 1872. Anton Dohrn, grundlæggeren og den første direktør, blev født i 1840 i Stettin i Pommern, som nu er en del af Polen, i en velhavende middelklassefamilie. Dohrn studerede zoologi og medicin på forskellige tyske universiteter, men uden større begejstring. Hans idealer ændrede sig i sommeren 1862, da han kom til Jena og mødte Ernst Haeckel, som introducerede ham til Charles Darwins værker og teorier. Dohrn blev en ivrig fortaler for Darwins teori om "afstamning med modifikation", teorien om evolution ved naturlig udvælgelse. Han besluttede derefter at hellige sit liv til at indsamle fakta og idéer til støtte for darwinismen, og dette blev startskuddet til et livslangt eventyr. I løbet af sin universitetskarriere tilbragte han perioder med forskning ved kysten: på Helgoland, i Hamborg, Millport i Skotland og Messina. Her tog planen form om at dække kloden med et netværk af biologiske forskningsstationer, svarende til jernbanestationer, hvor forskerne kunne stoppe op, indsamle materiale, foretage observationer og eksperimenter, inden de gik videre til den næste station.Da han stod over for mange vanskeligheder, begyndte Dohrn at fantasere om muligheden for, at havbiologer kunne ankomme til havet og finde et færdigt arbejdsbord med et laboratorium, faciliteter, kemikalier, tidsskrifter og bøger og oplysninger om, hvor og hvornår bestemte arter kunne findes, samt nyttige oplysninger om lokale havforhold, havbund og kystlinjer. Efter at have forsøgt sig med sit projekt i Messina besluttede Dohrn, at Napoli ville være det ideelle sted for sin station. Valget af denne by skyldtes Middelhavets store biologiske rigdom og muligheden for at udvikle et forskningsinstitut af stor international betydning i en by, der i sig selv var international og stor i størrelse. Efter et besøg i Berlins akvarium, som netop var blevet åbnet, havde han tænkt, at et offentligt akvarium kunne indbringe nok til at betale for en fast assistent til laboratorierne. Napoli var med sine 500.000 indbyggere en af Europas største og mest attraktive byer med en stor tilstrømning af turister (30.000 om året), som var potentielle besøgende til akvariet.Ved at kombinere fantasi, viljestyrke, diplomatiske evner og en god portion held med venlig støtte fra videnskabsfolk, kunstnere og musikere overvandt Anton Dohrn tvivl, uvidenhed og misforståelser og fik overtalt byens myndigheder til gratis at give ham et stykke jord ved havet i den smukke Villa Comunale, den daværende kongelige park. Han lovede for sin del at bygge den zoologiske station for egen regning. Dohrn vidste præcis, hvad han ville have og hvordan, og han udarbejdede selv planerne for byggeriet. Fundamentet blev lagt i marts 1872, og i september 1873 var bygningen færdig. Efter den første bygning, som i dag er den centrale del, blev der i 1885-1888 tilføjet en anden bygning, der var forbundet med den første med en bro, mens gården og den vestlige del blev bygget i 1905. Kun halvtreds år senere blev biblioteket indsat mellem den første og den anden bygning.Det offentlige akvarium, der dækker et areal på 527 kvadratmeter, blev åbnet den 26. januar 1874 og er stadig enestående den dag i dag, da det har ændret sig meget lidt siden sin oprettelse; det er det ældste akvarium fra det 19. århundrede, der stadig er i drift, og det eneste, der udelukkende er dedikeret til middelhavsfauna og -flora. Det blev bygget under ledelse af William Alford Lloyd, en engelsk ingeniør, som havde bidraget til udformningen af de offentlige akvarier i Hamborg og London.Den officielle åbning af den zoologiske station fandt sted den 14. april 1875.Ifølge nyere organisationssociologiske undersøgelser foregreb den zoologiske station en postindustriel model for planlægning af videnskabelig forskning i den industrielle tidsalders højkonjunktur, som favoriserede typisk aktuelle temaer som tværfaglighed, ledelsesmæssig evne til selvfinansiering (gennem akvariet og salg af havdyr til andre forskningsinstitutter osv.) og fremme af samarbejde og samarbejde mellem alle, der var involveret i forskningen (medarbejdere, teknikere, fiskere og hjælpere). Hele 19 nobelprisvindere har arbejdet aktivt i laboratorierne og har givet en betydelig impuls til udviklingen af de biologiske videnskaber.