Obecny Zakład Hydrobiologii wywodzi się z Zakładu Hydrobiologii kierowanego przez prof. Mariana Gieysztora i Zakładu Ekologii Zwierząt kierowanego przez prof. Kazimierza Tarwida (zamienionego później w Zakład Ewolucjonizmu i Ekologii Zwierząt kierowany przez prof. Kazimierza Petrusewicza). Wymienione placówki (okresowo funkcjonujące jako Katedry) istniały od 1952 roku. Po śmierci prof. Gieysztora (w 1961 roku) kuratorem Zakładu Hydrobiologii został prof. Petrusewicz. W roku 1964 do Zakładu Hydrobiologii została przyłączona część hydrobiologiczna Zakładu Ewolucjonizmu i Ekologii Zwierząt. Od 1969 roku Zakładem kierowała prof. Ewa Pieczyńska, od 1984 roku prof. Z. Maciej Gliwicz. Od 2010 roku kierownikiem Zakładu jest prof. Joanna Pijanowska. Początkowo siedzibą Zakładu był budynek przy ul. Nowy Świat 67, od roku 1995 stał się nią budynek przy ul. Banacha 2, a od 2005 roku budynek Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych przy ul. Żwirki i Wigury 101.

Tematyka badawcza Zakładu mieściła się od początku w szeroko pojętej ekologii, choć z czasem w coraz większym stopniu obejmowała również problematykę biologii behawioralnej i ewolucyjnej. Badania koncentrowały się początkowo na analizie struktury gatunkowej zespołów planktonu, bentosu, makrofitów, peryfitonu i ryb, ale w latach siedemdziesiątych, z chwilą powołania do życia Międzynarodowego Programu Biologicznego (International Biological Programme, IBP) zainteresowania skupiły się na procesach produkcji i destrukcji w różnych środowiskach jeziornych: w litoralu, pelagialu i profundalu, a także w strefie granicznej oddzielającej i łączącej zarazem ekosystem jeziorny z sąsiadującym ekosystemem lądowym. Udział w pracach IBP stworzył możliwości bogatych kontaktów z ośrodkami limnologii i ekologii w Europie i Ameryce, co prowadziło do stopniowej zmiany problematyki badawczej i metodologii badań. Opis rzeczywistości zastępowany był po pierwsze przez próby wyjaśnienia mechanizmów sterujących procesami ekologicznymi (transferu energii na wyższe poziomy troficzne, sukcesji ekologicznej, kształtowania się struktury zespołów roślinnych i zwierzęcych), a po drugie przez analizę czynników decydujących o zmianach liczebności i struktury wiekowej populacji.

W końcu lat siedemdziesiątych nurt badań nad produktywnością i wydajnością wykorzystania produkcji autotroficznej przez kolejne poziomy troficzne, w tym również przez ryby, przekształcił się stopniowo w badania nad procesami eutrofizacji i poszukiwanie biologicznych metod przeciwdziałania nadmiernej eutrofizacji jezior, prowadzącej do degradacji jakości ich wód. Doświadczenie zgromadzone w trakcie rozpoczętych wcześniej badań nad relacjami troficznymi w obrębie biocenoz jeziornych, szczególnie interakcjami pomiędzy roślinami i roślinożercami oraz drapieżcą i ofiarą, przydało się później w rozpoczętych w latach osiemdziesiątych poszukiwaniach metod czynnej ochrony wód, w tym również poprzez modyfikację gospodarki rybackiej w oparciu o koncepcję biomanipulacji. Analizowano zmiany w występowaniu makrofitów w eutrofizujących się jeziorach i ich rolę w kontroli jakości wód. W późniejszym okresie liczne badania dotyczyły funkcjonowania oczyszczalni hydrofitowych.

W latach dziewięćdziesiątych ekologia zespołów i populacji była w coraz większym stopniu uzupełniana badaniami nad historiami życia i behawiorem, a szczególnie nad reakcjami zwierząt (pelagicznych skorupiaków planktonowych bezkręgowców litoralu i ryb) na zagrożenia ze strony drapieżcy. Badania te przyniosły wiele ważnych odkryć dzięki zastosowaniu nowej w tamtych latach wiedzy o komunikacji chemicznej, w szczególności o kairomonach rybich (wydostających się do środowiska metabolitach ryb planktonożernych identyfikowanych przez planktonową ofiarę jako informacja o obecności drapieżcy) oraz substancji alarmowej (wydzielanej do wody przez atakowaną ofiarę i odbieraną przez inne osobniki jako informacja o bezpośrednim zagrożeniu ze strony drapieżcy).

Badania nad mechanizmami obronnymi przed drapieżcą poprzez modyfikację morfologii, zachowań i historii życia nabrały nowego rozpędu w ostatnim dziesięcioleciu, gdy okazało się, że poziom zagrożenia ujawnia się jako reakcja stresowa na niebezpieczeństwo w postaci podwyższonego poziomu białek szoku cieplnego (HSP) w organizmie. Rozwijano badania nad stresem wywoływanym również innymi niż drapieżnictwo czynnikami biotycznymi (na przykład niedoborem wartościowego pokarmu) i abiotycznymi, takimi jak nadmierne zasolenie i podwyższona temperatura wody.

Zainteresowania badawcze Zakładu były zazwyczaj szerokie i takie pozostają do dziś. Obok intensywnych prac nad ekologią stresu prowadzone są nadal badania nad zespołami organizmów i procesami ich kształtowania w różnych środowiskach, również bezrybnych, gdzie planktonowe i bentoniczne bezkręgowce wolne są od niebezpieczeństwa ze strony najskuteczniejszych drapieżców, jakimi są w środowisku wodnym ryby. Kontynuuje się prace nad odżywianiem się zwierząt bezkręgowych i ryb, nad różnorodnością biologiczną z uwzględnieniem roli gatunków inwazyjnych oraz nad biologicznymi metodami ochrony wód.

Specyfiką Zakładu pozostaje też różnorodność metodologiczna wynikająca z łączenia wyrafinowanych metod laboratoryjnych z intensywnymi pracami terenowymi opartymi dawniej o Stację Hydrobiologiczną PAN w Mikołajkach, a potem o własną Stację w Pilchach (www.hydro.biol.uw.edu.pl/pilchy) i dobrze wyposażony sprzęt pływający. Badania terenowe prowadzone są głównie na obszarze kompleksu Wielkich Jezior Mazurskich oraz, w mniejszym zakresie, na jeziorach Suwalszczyzny i w Tatrach oraz w zbiornikach wodnych Warszawy (Wisła i zbiorniki śródmiejskie). Prace terenowe obejmowały również doświadczenia przeprowadzane w basenach eksperymentalnych, w umieszczanych w jeziorze zagrodach oraz w odgrodzonych fragmentach jeziora i całych jeziorach, z których pozbywano się ryb, lub też modyfikowano ich zachowania przy pomocy sygnałów chemicznych niosących informację o zwiększonym zagrożeniu ze strony drapieżców rybożernych

W różnych okresach pracownicy Zakładu prowadzili badania w innych krajach Europy, Afryki, Azji oraz Ameryki Północnej i Południowej. W początkach swojego istnienia Zakład Hydrobiologii blisko współpracował z byłym Instytutem Ekologii PAN i Instytutem Rybactwa Śródlądowego. Później współpraca obejmowała wiele innych instytucji krajowych i zagranicznych. Choć szczególnie ścisła stała się w latach 1985-2005 współpraca z Instytutem Limnologii Maxa Plancka w Plön (Niemcy), to badania, które zaowocowały wspólnymi publikacjami prowadzono też we współpracy z ponad dwudziestoma innymi placówkami naukowymi

Pracownicy Zakładu uczestniczyli w licznych miedzy-instytucjonalnych programach badawczych, w tym w Międzynarodowym Programie Biologicznym (IBP), Programie Człowiek i Biosfera (MAB), Projekcie Komisji Wspólnoty Europejskiej oraz w różnych krajowych centralnie finansowanych programach badawczych. W Zakładzie realizowano liczne projekty badawcze finansowane przez KBN, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

Od początku swego istnienia, Zakład Hydrobiologii prowadził (i prowadzi nadal) zajęcia dla studentów z szeroko pojętej hydrobiologii oraz ekologii i zoologii. Zajęcia te obejmują wykłady, seminaria, ćwiczenia laboratoryjne i terenowe, pracownie licencjackie i magisterskie. Zakład kształci też doktorantów – indywidualnie i w ramach studiów doktoranckich na Wydziale Biologii UW. Do 2010 roku w Zakładzie wykonano 25 prac doktorskich i 228 prac magisterskich.