Кафедра основана в 1868 году. Изначально кафедра называлась кафедрой физиологии животных. Первым заведующим кафедрой физиологии животных Петровской академии был профессор Александр Иванович Бабухин (1827–1891), хорошо известный в отечественных и европейских академических кругах ученый, который одновременно возглавлял кафедру и в Московском Императорском Университете. В 1882 году в Петровскую академию (на тот момент Московский сельскохозяйственный институт) на кафедру физиологии животных для чтения лекций был приглашен Мороховец Лев Захарович (1848 – 1918).
В 1913–1939 гг. кафедрой руководил заслуженный деятель науки профессор Леонтович Александр Васильевич (1869 – 1943). В 1940 г. руководителем кафедры был избран известный физиолог, доктор ветеринарных наук, профессор Викторов Константин Рафаилович (1878 – 1958).
В 1957 г. заведующим кафедрой был назначен Жеребцов Петр Иванович (1903-1973). В 1973 году кафедру физиологии и биохимии возглавил выдающийся ученый в области физиологии животных доктор биологических наук член-корреспондент ВАСХНИЛ Георгиевский Валерий Иванович (1925 – 2003). С 1990 по 2006 г. кафедрой физиологии и биохимии животных ТСХА заведовал доктор биологических наук профессор Шевелев Николай Серафимович.
В 2006 году заведующим кафедрой физиологии и биохимии животных был избран доктор биологических наук профессор Иванов Алексей Алексеевич.