Fondata nel 1872 dal naturalista e zoologo tedesco Anton Dohrn, nato a Stettino (attuale Polonia) nel 1840 e laureato a Berlino in Scienze naturali, per la conoscenza e lo studio della flora e della fauna del mare, essa rappresentò ben presto una delle più autorevoli Istituzioni scientifiche cittadine, affiancando quelle realizzate in epoca borbonica: il R. Orto botanico a via Foria e l'Osservatorio astronomico di Capodimonte. Fu la prima istituzione di derivazione non borbonica e fu fondata proprio a Napoli per scelta dello stesso Dohrn, affascinato dalla città e interessato per la ricchezza faunistica del golfo. L'acquario di Napoli con annessa Stazione zoologica divennero un centro mondiale di studio della biologia marina. Dopo aver visitato un acquario recentemente aperto a Berlino, Dohrn pensò che aprire a Napoli un acquario a pagamento avrebbe garantito al laboratorio abbastanza soldi da pagare il salario ad un assistente permanente. Napoli, con una popolazione di 500.000 abitanti, era una delle più grandi ed attraenti città d'Europa, ed aveva anche un considerevole flusso di turisti (30.000 all'anno) che avrebbero potuto essere potenziali visitatori dell'acquario. Dohrn riuscì a vincere i dubbi delle autorità cittadine e le persuase ad assegnargli gratis un piccolo terreno sulla riva del mare, nella Villa comunale, a condizione di costruire la stazione zoologica a sue spese. Dopo la sua morte la direzione della stazione passò al figlio Rinaldo e, successivamente al nipote Pietro. Dohrn aprì la stazione agli scienziati in visita nel settembre del 1873, e al pubblico generale nel gennaio del 1874. Con l'intenzione di promuovere lo status internazionale della Stazione e di garantirne l'indipendenza politica ed economica e la libertà di ricerca, Dohrn introdusse poi una serie di innovativi metodi per finanziare il suo progetto. Per prima cosa, l'affitto del lavoro e dello spazio di ricerca (il "sistema Bench"): per una tariffa annuale, governi, istituzioni scientifiche, fondazioni private o individui avrebbero potuto mandare per un anno uno scienziato alla Stazione, dove egli avrebbe trovato a disposizione tutto l'occorrente per condurvi ricerche (fornitura animale, chimica, una eccezionale libreria ed un esperto staff). Queste strutture erano offerte senza legami, nel senso che gli studiosi erano del tutto liberi di condurre i propri progetti e le proprie idee. Il sistema Bench funzionò estremamente bene, e quando Anton Dohrn morì, a Monaco di Baviera nel 1909, più di 2.200 scienziati dall'Europa e dagli Stati Uniti avevano lavorato a Napoli, e più di 50 abbonamenti annuali erano stati venduti. Il successo della Stazione Zoologica, e il nuovo modo di condurre e finanziare le ricerche rappresentano il grande successo di Dohrn. Successivamente, in ogni parte del mondo sorsero centri di ricerca scientifica ispirati al modello partenopeo, che può quindi essere considerato il primo centro di ricerca in senso moderno. Oggi l'acquario contiene circa trenta vasche con oltre duecento specie marine di animali e vegetali, la maggior parte delle quali provengono dal Golfo di Napoli. Periodicamente sono ospitate diverse tartarughe marine, prevalentemente della specie Caretta caretta, recuperate ferite in mare ed in attesa di essere reintrodotte nel loro originario habitat. Nel 1957 fra il primo ed il secondo edificio è stata inserita una nuova sala in cui è stata trasferita la biblioteca.