1878 zog das Institut für Physiologie in das an der Gertrudenstraße neu erbaute Medizinische Institutsgebäude um. Wie häufig in Deutschland war auch in Rostock die Physiologie aus der Vergleichenden Anatomie (F.H. Stannius, ab 1837) hervorgegangen und als Zootomie in der Nähe des Universitätshauptgebäudes beheimatet.

Der erste selbständige Lehrstuhl für Physiologie wurde 1865 eingerichtet (H.R. Aubert). In diese Zeit fällt auch der Bau des Institutsgebäudes; im wesentlichen wurde es finanziert aus französischen Reparationszahlungen. Es bot zusätzlich den Instituten für Anatomie, Pathologie und Pharmakologie für damalige Verhältnisse großzügige Räumlichkeiten und eine hervorragende Ausstattung.

Steigende Studentenzahlen und verstärkte Forschungsaktivitäten aller Institute machten jedoch eine Erweiterung auf die heutige Größe notwendig, die aber aufgrund finanzieller Hindernisse erst 1911 durchgeführt wurde.

Den Ersten Weltkrieg und die Inflationszeit überstand das Gebäude unbeschadet, im Zweiten Weltkrieg erlitt es jedoch mehrfach Bombenschäden; die Risse sind teilweise heute noch zu sehen.

Mit dem Bau des "neuen" Medizinischen Institutsgebäudes 1957, welches im Stil seiner Zeit nahe dem Universitätsklinikum an der Schillingallee (ehemals Leninallee) gebaut wurde, gliederten sich Pharmakologie und Physiologische Chemie aus dem "alten" Medizinischen Institutsgebäude aus.

Das alte Medizinische Institutsgebäude, in welchem bis heute die Institute für Physiologie und Anatomie untergebracht sind, wurde nach dem Krieg von den Behörden der DDR jedoch nicht in der erforderlichen Weise instand gehalten. Nach der Wende wurden an dem unter Denkmalschutz gestellten Gebäude aufwendige Restaurierungsarbeiten begonnen, die jedoch bis heute noch nicht abgeschlossen sind. Der Aufgang der repräsentativen Eingangsfront ist deshalb für Jahre gesperrt gewesen.

Am 1. April 2003 wurde die vollständige Sanierung des Instituts begonnen, die im September 2006 abgeschlossen wurde.