Кафедра физиологии была организована через два месяца после открытия в 1930 г. Донецкого медицинского института.
В организации и становлении кафедры большую роль сыграл Николай Николаевич Кудрявцев — ученик акад. В.Я. Данилевского. Н.Н. Кудрявцев руководил кафедрой в 1931 — 1933 г.г. В 1934 г. кафедру периодически возглавляли ученик акад. И.П.Павлова проф. Георгий Владимирович Скипин и доц. Арон Самойлович Борщевский. До февраля 1936 г. кафедра не имела постоянного руководителя и курсы лекций читали по совместительству проф. Н.П.Вашетко и А.О.Войнар. С февраля 1936 по 1971 г. кафедру возглавлял проф. Александр Борисович Фельдман. В 1971-1972 г.г. обязанности зав. каф. исполнял проф. Ф.Т. Агарков. С 1972 г. по настоящее время руководителем кафедры является акад. АМНУ и ВШУ, Герой Украины, почетный ректор Университета проф. Валерий Николаевич Казаков.
Основоположником первых научных работ кафедры, стал ее основатель H.H.Кудрявцев. Он проводил исследования по реакции сосудов изолированных органов. В дальнейшем его работы имели значение для последующего развития органотерапии. С 1936 г. под руководством А.Б.Фельдмана работы сотрудников были посвящены влиянию факторов внешней и внутренней среды на функции ЦНС, эмоциональных реакций на высшую нервную деятельность, пищеварительную секрецию, сердечную деятельность (проф. П.Я.Кравцов, доц. Н.В.Маевская, доц. Л.С.Нестеренко, доц. A.B.Обоницкая, доц. С.Н.Щербаков). С 1965 г. на кафедре появляются научные исследования по разработке основ физиологической оптимизации и нормирования труда рабочих угольной и металлургической промышленности (проф. Ф.Т.Агарков, проф. Н.И.Тарапата, доц. Б.Г.Попов, доц. В.Ф.Андреева, асп. Ю.Е.Лях). Результаты исследований были использованы при конструировании защитных противотоковых приборов и приспособлений в подземных выработках шахт. В 1972 г. группу молодых ученых и аспирантов кафедры возглавляет проф. В.Н.Казаков. Он ведет научные исследования и занимается решением фундаментальных проблем нейрофизиологии. Им были сформулированы новые научные направления по изучению функций головного мозга, и создана физиологическая школа Донбасса. Вместе со своими учениками он внес значительный вклад в проблемы современной нейрофизиологии — механизмов взаимоотношений мозга разума и мозга чувств. Впервые были разработаны и опубликованы принципы и механизмы этих взаимоотношений, что стало началом понимания механизмов многих психических и неврологических патологий. В 1982 г. проф. В.Н.Казаков совместно с акад. HAHУ Ф.Н.Серковым был удостоен звания лауреата премии им. A.A.Богомольца HAHУ за монографию «Нейрофизиология таламуса», которая стала первой в мировой научной литературе, где были обобщены многочисленные данные о строении, связях и функциональном значении различных ядер таламуса. Научные исследования кафедры хорошо известны зарубежом. Проф. В.Н.Казаков — член Международного комитета по изучению мозга при ЮНЕСКО; почетный член Польской Академии медицинских наук; входит в состав ред. коллегии журнала «Нейрофизиология» (США), и в состав редакционных советов ряда научных журналов Украины, внесенных в реестр ВАК Украины, а так же является основателем и главным редактором журнала «Архив клинической экспериментальной медицины». Автор более 1000 научных работ, среди которых монографии, учебники, научно-методические руководства, патенты и изобретения. Под его руководством выполнено 18 докторских и 38 кандидатских диссертации. С 1985 по 2010 г.г. проф. В.Н.Казаков возглавлял Донецкий медицинский университет. Сейчас акад. В.Н.Казаков является почетным ректором Университета.
В 1989 г. на кафедре была организована научно-исследовательская лаборатория теоретической и прикладной нейрофизиологии, где проводились исследования в области клинической нейрофизиологии, нейротрансплантологии, ендокринологии, неврологии и психиатрии (проф. Н.И.Тарапата, проф. П.Я.Кравцов, проф. И.Э.Кузнецов, проф. Б.Б.Ивнев, проф. Л.В.Натрус, проф.Т.И.Панова, доц. Н.В.Прокофьева, доц. В.А.Коноплянко, доц. А.Г.Снегирь, доц. Д.Ю.Кустов, доц. Е.В.Гайдарова, доц. М.А.Снегирь, асс. Т.А.Шевченко, асс. Е.В.Филюшина, асс. О.Н.Гончаренко, асс. А.К.Бортникова, асс. А.А.Вислый).
