于1930年1月在南京成立，时名国立中央研究院自然历史博物馆。1934年7月更名为中央研究院动植物研究所。1944年5月又分建成动物研究所和植物研究所。中国科学院成立后，于1950年2月将原中央研究院动物所的主体、植物研究所和山东大学的藻类学研究部分以及北平研究院的部分研究人员合并组建为中国科学院水生生物研究所，简称水生所，机构设在上海。1954年9月由上海迁至武汉。2001年水生生物研究所进入中国科学院知识创新工程试点序列。2011年研究所整体进入中国科学院“创新2020”试点工程。2015年水生所进入中国科学院特色研究所。

水生所战略定位与发展目标是，作为中国唯一从事内陆水体生命过程、生态环境保护与生物资源利用研究的综合性学术研究机构，水生所面向国家在水环境保护、渔业可持续发展和微藻生物能源利用方面的重大战略需求，针对相关领域的基础性、战略性和前瞻性关键科技问题，着力重大理论创新和核心技术突破，强化创新价值链的延伸，发挥在水生态环境、现代渔业及水生生物资源保护和可持续利用等领域不可替代的作用。

水生所设有水生生物多样性与资源保护研究中心、淡水生态学研究中心、鱼类生物学及渔业生物技术研究中心、水环境工程研究中心、水生生物分子与细胞生物学研究中心和藻类生物学及应用研究中心等6个研究中心。共计65个学科组。拥有公共技术研发与服务部，下设分析测试中心、斑马鱼资源中心、淡水藻种库等分支机构；拥有东湖湖泊生态系统开放试验站、三峡水库生态系统试验站等野外台站；拥有藻类生物技术与生物能源研发中心、淮安研究中心等共建机构；拥有淡水生态与生物技术国家重点实验室、国家淡水渔业工程技术研究中心（武汉）、农业农村部淡水养殖病害防治重点实验室、农业农村部鲫鱼遗传育种中心、湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室、中国科学院水生生物多样性与保护重点实验室、中国科学院藻类生物学重点实验室；拥有亚洲最大的淡水鱼类博物馆和白𬶨豚馆。其中，淡水生态与生物技术国家重点实验室连续3次被评为优秀实验室，东湖生态站被纳入国家野外科学观测研究站系列。

水生所共有在职职工300余人。其中中国科学院院士5人、发展中国家科学院院士3人。水生所是国务院学位委员会批准的首批博士、硕士学位授予权单位，设有生物学、环境科学与工程博士后流动站；水生生物学、遗传学、环境科学、水产养殖学、海洋生物学等5个二级学科博士研究生培养点；动物学、水生生物学、遗传学、环境科学、环境工程学、水产养殖等6个二级学科硕士研究生培养点；生物工程、环境工程等2个工程硕士研究生培养点。具招收和培养中国港、澳、台地区和其他国家研究生的资格。

水生所是中国海洋湖沼（动物）学会鱼类学分会、中国动物学会原生动物学会、中国水产学会鱼病研究会、湖北省海洋湖沼学会、湖北省动物学会、武汉动物学会、中国环境科学学会环境生物学专业委员会7个学会和武汉白𬶨豚保护基金会的挂靠单位。出版科技期刊《水生生物学报》。