Почти полтора столетия кафедра нормальной физиологии входила с состав медицинского факультета Московского императорского университета. С момента образования в 1930 году первого московского медицинского института кафедра была включена в его структуру.

Истоки кафедры как и истоки московского университета лежат в указе Императрицы Елизаветы Петровны опубликованный в Татьянин день 1755 года.

Учебное заведение первоначально разместилось в здании главной аптеки у Воскресенских ворот кремля. В те годы деления на факультеты не было, студенты изучали общеобразовательные науки. Открытие медицинского факультета состоялось в 1764-65 учебном году. На первый курс были зачислены 16 студентов. Преподавание физиологии как самостоятельной дисциплины началось с 1776 года. Ее читал выпускник московского университета И.А. Сибирский. Лекции стали сопровождаться демонстрацией опытов на животных.

Первое пособие по физиологии для русских студентов перевел с латыни профессор Ф.И. Барсук-Моисеев. В 1804 году университету была дана утвердительная грамота, которая определила новое разделение кафедр. Физиология отделилась от клинических дисциплин и стала преподаваться совместно с анатомией и судебной медициной. В 1812 университет и в том числе, медицинский факультет пострадали во время вторжения наполеоновских войск в Москву от пожаров.

Большая заслуга в восстановлении разрушенной во время нашествия Наполеона кафедры принадлежит Е.О. Мухину. При нем было восстановлено, а затем перестроено здание анатомического театра, где Мухин читал лекции по физиологии по 1835 год. В том же году по новому университетскому уставу была учреждена кафедра физиологии и общей патологии, которую с 1836 по 1849 год возглавлял А. М. Филомафитский. Один из основоположников экспериментального направления в отечественной физиологии. Он ввел обязательную демонстрацию опытов на животных на лекциях и написал первый русский учебник по физиологии. С 1849 по 1857 год кафедрой руководил И.Т. Глебов. Он был талантливым педагогом, его лекции пользовались у студентов чрезвычайной популярностью. С 1961 по 1965 год кафедру возглавил профессор П.П. Эйнбродт.

По университетскому уставу 1863 года физиология стала самостоятельной кафедрой, отделившись от общей патологии. А.И. Бабухин один из основоположников московской гистологической школы заведовал кафедрой с 1865 по 1869 год. В 1870 - 1891 годах кафедру физиологии возглавлял Ф..П. Шереметевский.

Он организовал образцовую физиологическую лабораторию, имевшую большое значение для развития научной работы. После внезапной смерти Шереметевского кафедру нормальной физиологии Московского императорского университета возглавил И.М. Сеченов. Сеченов восстанавливает проведение практических занятий после  длительного перерыва, связанное с обветшалостью здания. Сеченов также считал, что студенты должны обучаться не только  теоритически, но и в научных лабораториях, вот почему, кафедра при Сеченове называлась физиологический институт императорского университета. Сеченов на кафедре возобновил свои исследования связанные с проблемой растворимости газов в соляных растворах, крови. В эти годы была построена им и его учеником Шатерниковым портативная модель газового анализатора. Здесь же Сеченовым были заложены основы одного из разделов физиологии: физиология труда. В 1901 году Сеченов оставил пост зав. кафедры физиологии. Но свои исследования он проводил на кафедре вплоть до 1904 года. Заведование кафедрой принял Л.З. Мороховец. К его заслугам следует отнести реконструкцию здания кафедры в 1893 году. Внешний вид и планировка, которого сохранилась до сих пор. В 1912 году Мороховец был уволен. Истинные причины этого события не известны, однако можно предположить, что они имели отношение к конфликту между профессорско-преподавательским составом университета и министром народного просвещения. На смену Мороховцу был назначен и работал до 1917 года профессор П.Г. Станкевич. Его руководство выпало на сложные годы. В следствии, начавшейся в 1914 году войны, сворачивались научные исследования, программы обучения и практические занятия. После февральской революции заведование кафедры перешло ученику Сеченова М.Н. Шатерникову.

Основные направления исследований Шатерникова лежали в области питания, были составлены пищевые рационы для различных возрастных и профессиональных групп. Шатерников возглавлял кафедру вплоть до своей кончины в 1939 году. В сентябре 1939 заведующим кафедрой был избран И.П. Разенков. Во время великой отечественной войны, когда часть медицинского института находилась в эвакуации обязанности зав. кафедрой исполнял В.В. Парин. В сороковые годы на кафедре исследовалась взаимосвязь обмена белков в пищеварении, роль желудочно-кишечного тракта в регуляции постоянства внутренней среды организма. В 1951 году Разенкова, объявив, антипавловцем сняли с должности зав. кафедрой.

С приходом П.К.Анохина, который возглавил кафедру в 1955 г., главной научной идеей, положенной в основу преподавательской и исследовательской деятельности, стала теория функциональных систем. Учебно-методическая работа кафедры с тех пор, строится на теории функциональных систем П.К.Анохина, которая рассматривает физиологию не отдельных органов, а функциональных систем. Системный принцип изложения облегчает выработку у студентов клинического мышления, понимание процессов компенсации и индивидуальных реакций организма на различные раздражители окружающей среды. После смерти П.К. Анохина в 1974 году его имя было присвоено, созданному в том же году, НИИ нормальной физиологии. Директором института и зав. кафедрой нормальной физиологии стал К. В. Судаков, который возглавляет кафедру по сей день.