Merebioloogia sektori ajalugu võib jälgida alates Eesti Mereihtüoloogia Laboratooriumi asutamisest eelmise sajandi viiekümnendate aastate keskel. Ajaloo jooksul on merebioloogide uurimisrühm liikunud ühest asutusest teise ja on koosnenud nii mõnest üksikust teadlasest kui ka suurearvulisest uurijate rühmast. Praegusel kujul moodustati sektor 1992. aastal, kui kolmest erinevast asutusest pärit mereuuringutega tegelevad rühmad koondati ühtsesse Eesti Mereinstituuti. Sellel ajal oli sektorijuhatajaks prof. Henn Kukk ja sektorisse kuulus 8 inimest. 1999. aastal liideti instituudi struktuuri reorganiseerimise käigus merebioloogia sektoriga merekeemia töörühm. 2001. aasta juulikuu seisuga töötab Eesti Mereinstituudi merebioloogia sektoris 18 töötajat. 2004. aastal nimetati merebioloogia sektor ümber merebioloogia osakonnaks.

Käesoleval hetkel on Eesti Mereinstituudi merebioloogia osakonnast kujunenud kaasaegne, rahvusvaheliselt aktsepteeritud tasemega uurimisrühm, mis tegeleb merebioloogia väga erinevate aspektidega.

Põhilised uurimissuunad:

· Rannikumere põhjakoosluste struktuur, dünaamika ja neid mõjutavad ökoloogilised tegurid
· Läänemere planktonikoosluste sesoonne dünaamika
· Seosed eri troofiliste tasemete vahel Läänemere ökosüsteemis
· Põhjataimestiku algproduktsioon ja seda mõjutavad tegurid
· Tulnukliikide mõju Läänemere ökosüsteemile
· Bioloogiline mitmekesisus Eesti rannikumeres
· Toksiliste vetikaõitsengute mõju rannikumere ökosüsteemile
· Rannikumere troofsustaseme muutuse mõju mereelustikule
· Hülgepopulatsiooni dünaamika ja seisund Eestiga piirnevas rannikumeres