Вход выделен порталом с двумя колоннами и лучковым фронтоном. Второй этаж с пилястрами и арочным окном завершен треугольным фронтоном. В нем разместился Отдел химии во главе с основоположником современного учения о кровяном пигменте профессором М.В. Ненцким. Здесь работали академики В.С. Гулевич и В.А. Энгельгардт.
В 1894 г. Ф.Л. Миллер возвел двухэтажное здание физиологического Отдела для опытов над животными. Гладкие оштукатуренные стены и прямоугольные окна с профилированными наличниками соответствовали функциональному характеру постройки. На втором этаже размещался террариум с земноводными, растениями. Здесь же были кабинеты ученых (с 1936 г. стал мемориальным кабинет И.П. Павлова). Внутри здания находилась операционная, в которой Павлов и его сотрудники оперировали собак, и специальная клиника для выхаживания оперированных животных.
В 1896 г. Миллер построил трехэтажное кирпичное здание Отдела общей патологии. В центральной части здания помещены окна с полуциркульными завершениями, наличниками и замковыми камнями.
Летом 1911 г. по проекту Г.И. Люцедарского началось строительство четырехэтажного здания научной библиотеки. Здание построено в стиле модерн со стилизацией мотивов романского и древнерусского зодчества. Книгохранилище спроектировано так, чтобы ряды полок освещались высокими узкими окнами. Портал из майолики выполнен по проекту В.А. Покровского в мастерской П.К. Ваулина. До этого он украшал вход в павильон России на Международной гигиенической выставке в Дрездене (1911 г.). 21 февраля 1913 г. библиотека переехала в новое здание. В настоящее время в ее хранилищах размещается более полумиллиона книг, среди которых коллекции уникальных изданий XVI–XVII вв., тибетские и китайские рукописи, письма Л. Пастера.
Слева от Отдела химии в 1912–1914 гг. по проекту архитектора А.А. Полещука построена специальная лаборатория физиологического отделения со звуконепроницаемыми камерами для изучения И.П. Павловым условных рефлексов животных. А.А. Полещук опирался на опыт постройки физиологических лабораторий в Утрехте и Гамбурге, сейсмической станции в Пулково. Стены сделаны из материала разной звукопроводимости (песка, гари и кирпича), на бетонные своды между балками положены слои войлока и опилок, залитых силикатным раствором. Ныне она известна как «башня молчания».
До 1917 г. институт назывался Императорским (ИИЭМ), с 1918 г. – Государственным (ГИЭМ), с октября 1932 г. – Всесоюзным (ВИЭМ). В 1934 г. его перевели в Москву, а в Ленинграде остался филиал. В 1944 г. на базе ВИЭМ создали Академию медицинских наук СССР, его Ленинградский филиал стал ИЭМ АМН СССР.
Первым директором института был врач кожно-венеролог Э.-Л.Ф. Шперк, затем патофизиолог С.М. Лукьянов (1894–1902 гг.), бактериолог С.Н. Виноградский (1902–1905 гг.), патофизиолог В.В. Подвысоцкий (1906–1913 гг.), гигиенист и микробиолог С.К. Дзержговский (1913–1917 гг.). В советское время его возглавляли А.А. Владимиров, Л.Н. Федоров, Н.Н. Никитин, Р.Э. Янсон, Д.Н. Насонов, Д.А. Бирюков, Н.П. Бехтерева, Б.И. Тищенко.
С 1897 г. институт стал базой
