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Die Gründung der Zoologischen Station ist auf März 1872 datiert. Anton Dohrn, der Gründer und erste Direktor, wurde 1840 in Stettin (Pommern), das heute zu Polen gehört, in eine wohlhabende bürgerliche Familie geboren. Dohrn studierte an verschiedenen deutschen Universitäten Zoologie und Medizin, jedoch ohne große Begeisterung. Seine Ideale änderten sich im Sommer 1862, als er nach Jena kam und dort Ernst Haeckel traf, der ihn mit den Werken und Theorien von Charles Darwin bekannt machte. Dohrn wurde ein glühender Verfechter von Darwins Theorie der "Abstammung mit Veränderung", der Theorie der Evolution durch natürliche Auslese. Daraufhin beschloss er, sein Leben dem Sammeln von Fakten und Ideen zur Unterstützung des Darwinismus zu widmen, und dies wurde zum Ausgangspunkt für ein lebenslanges Abenteuer. Während seiner Universitätslaufbahn verbrachte er Forschungsaufenthalte an der Küste: auf Helgoland, in Hamburg, Millport in Schottland und Messina. Hier nahm der Plan Gestalt an, den Globus mit einem Netz von biologischen Forschungsstationen zu überziehen, analog zu Bahnhöfen, an denen Wissenschaftler anhalten, Material sammeln, Beobachtungen und Experimente durchführen konnten, bevor sie zur nächsten Station weiterzogen. Angesichts der vielen Schwierigkeiten begann Dohrn von der Möglichkeit zu phantasieren, dass Meeresbiologen am Meer ankommen und eine fertige Werkbank vorfinden, mit einem Labor, Einrichtungen, Chemikalien, Zeitschriften und Büchern sowie Informationen darüber, wo und wann bestimmte Arten zu finden sind, zusammen mit nützlichen Informationen über die örtlichen Bedingungen des Meeres, des Meeresbodens und der Küstenlinie. Nachdem er sein Projekt in Messina ausprobiert hatte, beschloss Dohrn, dass Neapel der ideale Ort für seine Station wäre. Der Grund für die Wahl dieser Stadt war der große biologische Reichtum des Mittelmeers und die Möglichkeit, ein Forschungsinstitut von großer internationaler Bedeutung in einer Stadt zu errichten, die selbst international ist und eine große Fläche hat. Nach einem Besuch des gerade eröffneten Berliner Aquariums war er der Meinung, dass ein öffentliches Aquarium genug Geld einbringen könnte, um einen ständigen Mitarbeiter für die Laboratorien zu bezahlen. Neapel war mit seinen 500.000 Einwohnern eine der größten und attraktivsten Städte Europas, mit einem großen Zustrom von Touristen (30.000 pro Jahr), potenziellen Besuchern des Aquariums. Mit einer Kombination aus Phantasie, Willenskraft, diplomatischem Geschick und einer gehörigen Portion Glück sowie der freundlichen Unterstützung von Wissenschaftlern, Künstlern und Musikern gelang es Anton Dohrn, Zweifel, Unwissenheit und Missverständnisse zu überwinden und die städtischen Behörden davon zu überzeugen, ihm kostenlos ein Stück Land am Meeresufer in der wunderschönen Villa Comunale, dem damaligen Königlichen Park, zu überlassen. Er versprach seinerseits, die Zoologische Station auf eigene Kosten zu errichten. Dohrn wusste genau, was er wollte und wie, und erstellte die Pläne für den Bau selbst. Der Grundstein wurde im März 1872 gelegt und im September 1873 war das Gebäude fertiggestellt. Nach dem ersten Gebäude, dem heutigen zentralen Teil, wurde 1885-1888 ein zweites Gebäude hinzugefügt, das mit dem ersten durch eine Brücke verbunden ist, während der Innenhof und der westliche Teil 1905 gebaut wurden. Nur fünfzig Jahre später wurde die Bibliothek zwischen dem ersten und dem zweiten Gebäude eingefügt.
Das öffentliche Aquarium mit einer Fläche von 527 Quadratmetern wurde am 26. Januar 1874 eröffnet und ist bis heute einzigartig, da es sich seit seiner Gründung kaum verändert hat; es ist das älteste noch in Betrieb befindliche Aquarium aus dem 19. Jahrhundert und das einzige, das ausschließlich der mediterranen Fauna und Flora gewidmet ist. Es wurde unter der Leitung von William Alford Lloyd gebaut, einem englischen Ingenieur, der an der Gestaltung der öffentlichen Aquarien in Hamburg und London beteiligt war. Die offizielle Eröffnung der Zoologischen Station fand am 14. April 1875 statt. Jüngsten organisationssoziologischen Studien zufolge nahm die Zoologische Station ein postindustrielles Modell der wissenschaftlichen Forschungsplanung auf dem Höhepunkt des Industriezeitalters vorweg, das typisch zeitgenössische Themen wie Interdisziplinarität, die Fähigkeit des Managements, sich selbst zu finanzieren (durch das Aquarium und den Verkauf von Meerestieren an andere Forschungsinstitute usw.), und die Förderung der Kooperation und Zusammenarbeit aller an der Forschung Beteiligten (Mitarbeiter, Techniker, Fischer und Pfleger) begünstigte. Nicht weniger als 19 Nobelpreisträger haben in den Labors der Universität gearbeitet und der Entwicklung der Biowissenschaften wichtige Impulse gegeben.
