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La fondation de la station zoologique est datée de mars 1872. Anton Dohrn, le fondateur et premier directeur, est né à Szczecin, en Poméranie, qui fait aujourd'hui partie de la Pologne, en 1840, dans une famille bourgeoise aisée. Dohrn a étudié la zoologie et la médecine dans diverses universités allemandes, mais sans grand enthousiasme. Ses idéaux changent au cours de l'été 1862, lorsqu'il vient à Iéna et y rencontre Ernst Haeckel, qui lui fait découvrir les travaux et les théories de Charles Darwin. Dohrn devient un fervent défenseur de la théorie de la "descendance avec modification" de Darwin, la théorie de l'évolution par sélection naturelle. Il a alors décidé de consacrer sa vie à rassembler des faits et des idées en faveur du darwinisme, ce qui est devenu le point de départ de l'aventure de toute une vie. Au cours de sa carrière universitaire, il a passé des périodes de recherche au bord de la mer : à Heligoland, Hambourg, Millport en Ecosse et Messine. C'est là qu'a pris forme le projet de couvrir le globe avec un réseau de stations de recherche biologique, analogues aux gares ferroviaires, où les scientifiques pouvaient s'arrêter, collecter du matériel, effectuer des observations et des expériences, avant de se rendre à la station suivante. Confronté à de nombreuses difficultés, M. Dohrn s'est mis à fantasmer sur la possibilité pour les biologistes marins d'arriver en mer et de trouver une table de travail toute prête, avec un laboratoire, des installations, des produits chimiques, des magazines et des livres, et des informations sur les lieux et les périodes où l'on peut trouver certaines espèces, ainsi que des informations utiles sur les conditions locales de la mer, des fonds marins et du littoral. Après avoir tenté son projet à Messine, Dohrn a décidé que Naples serait le lieu idéal pour sa station. Le choix de cette ville s'explique par la grande richesse biologique de la mer Méditerranée et par la possibilité de développer un institut de recherche de grande importance internationale dans une ville elle-même internationale et de grande taille. Après une visite à l'aquarium de Berlin, qui venait d'être inauguré, il avait pensé qu'un aquarium public pourrait rapporter suffisamment pour payer un assistant permanent pour les laboratoires. Naples, avec ses 500 000 habitants, était l'une des villes les plus grandes et les plus attrayantes d'Europe, avec un grand afflux de touristes (30 000 par an), visiteurs potentiels de l'aquarium. En alliant imagination, volonté, diplomatie et une bonne dose de chance, avec le soutien amical de scientifiques, d'artistes et de musiciens, Anton Dohrn a surmonté les doutes, l'ignorance et les malentendus et a réussi à persuader les autorités de la ville de lui céder gratuitement un terrain au bord de la mer, dans la belle Villa Comunale, puis dans le Parc Royal. Pour sa part, il a promis de construire la station zoologique à ses propres frais. Dohrn savait exactement ce qu'il voulait et comment, et a préparé lui-même les plans de la construction. Les fondations ont été posées en mars 1872 et en septembre 1873, le bâtiment était terminé. Après le premier bâtiment, actuellement la partie centrale, un deuxième bâtiment, relié au premier par un pont, a été ajouté en 1885-1888, tandis que la cour et la partie ouest ont été construites en 1905. Ce n'est que cinquante ans plus tard que la bibliothèque a été insérée entre le premier et le deuxième bâtiment.
L'aquarium public, d'une superficie de 527 mètres carrés, a été inauguré le 26 janvier 1874 et reste unique à ce jour, car il a très peu changé depuis sa création ; c'est le plus ancien aquarium du XIXe siècle encore en activité et le seul exclusivement consacré à la faune et à la flore méditerranéennes. Il a été construit sous la supervision de William Alford Lloyd, un ingénieur anglais qui avait contribué à la conception des aquariums publics de Hambourg et de Londres. L'ouverture officielle de la station zoologique a eu lieu le 14 avril 1875. Selon des études récentes en sociologie de l'organisation, la Station zoologique a anticipé un modèle post-industriel de planification de la recherche scientifique en pleine ère industrielle, qui privilégie des thèmes typiquement actuels comme l'interdisciplinarité, la capacité managériale d'autofinancement (à travers l'aquarium et la vente d'animaux marins à d'autres instituts de recherche, etc.), et la promotion de la coopération et de la collaboration de tous les acteurs de la recherche (collaborateurs, techniciens, pêcheurs et aides-soignants). Pas moins de 19 lauréats du prix Nobel ont travaillé activement dans ses laboratoires, donnant un élan important au développement des sciences biologiques.
