Los estudios fisiológicos datan de las civilizaciones antiguas de la India y Egipto junto con los estudios anatómicos, pero no utilizaron la disección. La fisiología como un campo de la medicina se remonta a por lo menos 420 a.C hasta la época de Hipócrates, también conocido como el padre de la medicina. Hipócrates incorporó un sistema de creencias llamada la teoría de los humores, que consistía en cuatro sustancias básicas tierra, agua, aire y fuego, cada sustancia representa la bilis negra, flema, la sangre y la bilis amarilla respectivamente. Este padre de la medicina también tomó nota de algunas conexiones emocionales con los cuatro humores, que Claudio Galeno más tarde ampliará. El pensamiento crítico de Aristóteles y su énfasis en la relación entre estructuras y función marcaron el inicio de la fisiología en la antigua Grecia. Al igual que Hipócrates, Aristóteles llevó a la teoría humoral de la enfermedad, que también consistía en cuatro cualidades primarias en la vida caliente, fría, húmeda y seca.


Claudio Galeno fue el primero en utilizar experimentos para investigar las funciones del cuerpo. A diferencia de Hipócrates, Galeno argumentó que los desequilibrios Humorales pueden estar localizados en órganos específicos, incluyendo todo el cuerpo. Posteriormente a esto comenzó a trabajar con un equipo médico modificado para hacer diagnósticos más precisos. Galeno también jugó fuera de la idea de las emociones de Hipócrates, añadiendo noción al temperamento sanguíneo corresponde a la sangre, flemático ligado a la flema, colérico ligado a la bilis amarilla y melancólico ligado a la bilis negra, también vió que el cuerpo humano consta de tres sistemas conectados, el cerebro y los nervios que son los responsables de los pensamientos y las sensaciones, el corazón y las arterias que son las que dan vida y el hígado junto a las venas, lo que puede atribuirse a la nutrición y el crecimiento.

Galeno también fue el fundador de la fisiología experimental y los próximos 1400 años, fisiología de Galenos era una herramienta poderosa e influyente en la medicina.

En 1858 Joseph Lister estudio la causa de la coagulación sanguínea y la inflamación resultante después de las lesiones anteriores y heridas quirúrgicas, más tarde se descubrió e implementó antisépticos en las salas de operaciones y obtuvo como resultado la disminución de la tasa de mortalidad en la cirugía.

En 1891, Iván Pavlov realizó la investigación sobre los reflejos condicionados que implican la producción de saliva de los perros en respuesta a una gran cantidad de sonidos y estímulos visuales.

La sociedad fisiológica fue fundada en 1876 y es una organización no lucrativa dedicada a promover la educación, la investigación y la difusión de la información en ciencias fisiológicas.

En el siglo XX los biólogos se interesaron en cómo los organismos distintos de los seres humanos funcionan y finalmente generó el campo de la fisiología comparada y fisiología, más recientemente la fisiología evolutiva se ha convertido en una subdisciplina distinta.