Ініціатива організації в нашій країні великого наукового центру з вивчення біології клітини належала видатному радянському цитофізіології члену-кореспонденту АН СРСР, академіку АМН СРСР, доктору біологічних наук, професору, лауреату Державної премії СРСР Дмитру Миколайовичу Насонова. Д.Н. Насонов відомий класичними дослідженнями апарату Гольджі і створенням спільно з В.Я. Александровим денатураціонние (білкової) теорії збудження і пошкодження клітини. Усвідомлюючи важливість комплексного дослідження клітини на стику суміжних наук, Д.Н. Насонов обгрунтував необхідність формування інституту, призначеного для цієї мети. Президія АН СРСР доручив організацію інституту Д.Н. Насонова, який став його першим директором.
Вихідною осередком при організації інститут цитології РАН з'явилася лабораторія фізіології клітини Зоологічного інституту АН СРСР, якою завідував Д.Н. Насонов. Ще в 1955 р при активному сприянні директора Зоологічного інституту академіка О.М. Павловського лабораторія була значно розширена, що підготувало її відокремлення в самостійний інститут. Виходячи з необхідності різнобічного дослідження клітини Д.Н. Насонов при організації інституту запросив працювати в ньому великих вітчизняних фахівців в різних областях біології: цитофізіології В.Я. Александрова, А.С. Трошина (директор 1958-1984 рр. Член-кореспондент АН СРСР, 1960 г.), Б.П. Ушакова, протозоологов Ю.І. Полянського (в.о. директора 1957-1958 рр. Член-кореспондент АН СРСР / РАН, 1979 г.), біохіміка А.Д. Брауна, еколога Л.К. Лозина-Лозинського, цитогенетика І.І. Соколова.
Пізніше в інституті стали працювати гістолог Л.Н. Жинкин, генетик Ю.М. Оленів, біофізик В.П. Парібок, ембріолог П.Г. Светлов (член-кореспондент АМН СРСР, 1946), физикохимик М.А. Хеноха, мікроскопісту Е.М. Брумберг, генетик В.С. Цеглярів, каріологія найпростіших І.Б. Райков, клітинний кардіолог П.П. Румянцев (директор 1983-1988 рр. Член-кореспондент АН СРСР, 1988 г.). Великий внесок в організацію інституту цитології РАН і в забезпечення його діяльності в перше десятиліття існування вніс А.В. Жирмунський (академік, 1987).
При створенні інституту його завдання формулювалися як комплексне вивчення будови і життєдіяльності клітини на широкому порівняльному матеріалі від одноклітинних організмів до ссавців з використанням всього арсеналу морфологічних, фізіологічних, біохімічних і фізико-хімічних методів. Вирішенню цих завдань повинні були сприяти організація в 1959 р на базі інституту видання журналу "Цитологія" і створення Наукової ради АН СРСР з проблем цитології (в даний час Наукова рада РАН по клітинної біології та імунології). Пізніше на базі інституту було створено: Суспільство клітинної біології при РАН, Товариство протозоологов при РАН (ОПР), Асоціація фахівців з клітинним культурам (АСКК), Російська колекція клітинних культур (РККК), базова Кафедра фізико-хімічної біології клітини Факультету медичної фізики та біоінженерії Санкт-Петербурзького державного технічного університету і міжнародний журнал "Protistology".
При інституті працюють: Наукова рада РАН по клітинної біології та імунології; Суспільство клітинної біології при РАН; Асоціація фахівців з клітинним культурам (АСКК); Російська колекція клітинних культур (РККК); Суспільство протозоологов при РАН (ОПР); Базова Кафедра фізико-хімічної біології клітини Факультету медичної фізики та біоінженерії Санкт-Петербурзького державного технічного університету; Редколегія всеросійського журналу "Цитологія"; Редколегія міжнародного журналу "Protistology".