Кафедра біологічної хімії Харківського національного медичного університету є однією з найстаріших в нашій країні. Вона була створена у 1863 р. як «Кабінет медичної хімії й фізики» на медичному факультеті Харківського університету, а згодом перетворилася на кафедру медичної хімії (1884), фізіологічної хімії та врешті-решт біологічної хімії. Але задовго до цих подій у Харківському університеті на кафедрі фізики й хімії О. І. Ходнєв (працював в університеті з 1846 по 1854 р.) уперше прочитав самостійний курс фізіологічної хімії, який опублікував у 1847 р. під назвою «Курс физиологической химии, читанный в Харьковском университете адъюнктом А. Ходневым». Цей курс став першим загальновизнаним підручником з біохімії.

Першим завідувачем кафедри був професор Ф. В. Тихонович, який очолював її з 1864 по 1885 p. Видатним дослідженням Ф. В. Тихоновича є докторська дисертація «Источники образования углеводов в организме животных и вне его» (1866, м. Харків). Він також займався вивченням хімії нікотину, обміну речовин у м’язах, частки кисню в крові та ін.

З 1885 по 1892 р. кафедру біохімії очолював професор О. Я. Данилевський, який прославив її блискучими експериментальними дослідженнями в галузі білкової хімії. Вчений вперше (за 60 років до Р. М. Вільштеттера) застосував метод вибіркової адсорбції ферментів, який згодом зайняв важливе місце у ферментології, розробив метод вилучення з м’язів білка міозину. Уперше були отримані докази про зворотність дії ферментів і запропонована перша наукова класифікація білків мозку. О. Я. Данилевським задовго до В. Гофмейстера і Е. Фішера було висловлено припущення про чергування в молекулі білка зв’язку NH-CO, який згодом отримав назву пептидного, та запропоновано теорію будови білкової молекули – теорію елементарних рядів.
З 1893 по 1897 р. кафедру очолював приват-доцент Військово-медичної академії Т. І. Богомолов, який переклав та переробив книгу Салковського «Практичне керівництво до фізіолого-патолого-хімічного аналізу», яка в той час була дуже цінним посібником.

У 1899 р. на посаду завідувача кафедри було обрано професора В. С. Гулевича, відомого своїми роботами в галузі хімії білків, зокрема екстрактивних речовин мозку та м’язів. B. C. Гулевич, нарівні з О. Я. Данилевським, вважається одним із засновників вітчизняної біохімії. Особливу увагу він приділяв реорганізації учбового процесу: на практичних заняттях стало обов’язковим ознайомлення студентів з головними методами якісного та кількісного аналізу сечі, дослідження шлункового соку. У м. Харкові В. С. Гулевич видав відомий посібник «Аналіз сечі» (1901). Наукові роботи були присвячені біохімії азотистого обміну, хімії білків, біохімії м’язової тканини. При вивченні екстрактивних речовин м’язів він відкрив карнозин, карнітин, метилгуанідин і метилкарнозин.
Після того, як В. С. Гулевич залишив посаду, кафедра була вакантною протягом одного року. Курс медичної хімії в цей час викладав фізіолог В. Я. Данилевський.

У 1902 р. на посаду завідувача кафедри призначений Д. І. Кураєв, який захистив докторську дисертацію за темою: «О белковом состоянии мышц покойных и деятельных» (1896). Курс лекцій з фізіологічної хімії, який читав Д. І. Кураєв, було видано окремою книгою під назвою «Фізіологічна хімія».

З 1908 по 1919 р. кафедрою завідував Р. П. Кримберг, який захистив дисертацію за темою: «Об азотистих экстрактивных веществах мышечной ткани» (1907). Йому належать дві монографії: «К вопросу о механизме желудочной секреции» (1915) і «Гормоны, их химическая природа, количество и роль в живых организмах» (1918). З 1918 по 1920 р. посада завідувача кафедри біохімії була вакантною. Певний час (1920–1921) обов’язки професора кафедри знову виконував відомий фізіолог В. Я. Данилевський.

З 1921 по 1931 р. кафедру очолював О. В. Палладін, лекційний курс якого став основою для створення «Підручника фізіологічної хімії» для студентів і лікарів (1924). Цей підручник витримав 25 видань різними мовами, з 1938 р. його назву змінено на «Підручник біологічної хімії». З ініціативи та під керівництвом професора О. В. Палладіна у жовтні 1925 р. був заснований Український біохімічний інститут (зараз Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна). У 1926 р. за видатні наукові дослідження О. В. Палладіна обирають членом-кореспондентом Всеукраїнської Академії наук, присвоюють вчений ступінь доктора біологічних наук. Цього ж року за його редакцією виходить перший том «Наукових записок українського біохімічного інституту», який став попередником «Українського біохімічного журналу». У 1928 р. О. В. Палладін створює Українське фізіологічне товариство (згодом – Товариство фізіологів, біохіміків, фармакологів, зараз це окремі наукові товариства). Протягом 15 років (1916–1931) О. В. Палладін жив та працював у Харкові. У той час на кафедрі біохімії проводилися систематичні дослідження з біохімії м’язів, вивчалась хімічна динаміка м’язового скорочення, порушення процесів обміну речовин за умов вітамінної недостатності, взаємодія гормонів і вітамінів. Біохімія нервової системи, зокрема, вивчення хімічного складу функціонально різних відділів центральної нервової системи («Хімічна топографія мозку»); дослідження хімічного складу й біохімічних процесів у різних відділах нервової системи в онтогенезі та філогенезі – основні роботи відомого біохіміка.

Завідувачем кафедри біохімії в 1931 р. обирають професора А. М. Утєвського. Головним напрямком досліджень кафедри в той час було з’ясування ролі процесів внутрішньоклітинного обміну в утворенні, депонуванні та секреції гормонів, біохімічної динаміки ендокринних органів. З середини 30-х років А. М. Утєвський починає систематичне дослідження обміну адреналіну, вивчає роль метаболітів гормонів у механізмі їх дії. Ці фундаментальні дослідження з біохімії катехоламінів знайшли відображення в монографіях А. М. Утєвського «Биохимия адреналина» та «Материалы по биохимической динамике надпочечников».
Під час Великої Вітчизняної війни співробітники кафедри біохімії працювали в госпіталях і лабораторіях, на кафедрах біохімії медичних інститутів, евакуйованих до міст Фрунзе та Оренбург, де продовжували вести наукові дослідження, які відповідали запитам практичної медицини. А. М. Утєвський очолював Киргизький медичний інститут, з яким об’єднався Харківський медичний інститут, де було організовано виробництво вітамінів, якими забезпечували госпіталі.
Робота кафедри була тісно пов’язана з клініками та виробленням гормонів. Завдяки спільним науковим розробкам вперше було впроваджено у виробництво препарат норадреналін, а також стабілізований продукт обміну адреналіну – адреноксин. А. М. Утєвський – автор близько 200 наукових публікацій з біохімії, а також цілої низки відомих робот з історії науки, філософії, природознавства, науково-популярних статей та книг. Він одним з перших у нашій країні нагороджений медаллю ім. акад. С. І. Вавілова, вищою нагородою всесоюзного товариства «Знання». Він лауреат премії АН УРСР ім. О. В. Палладіна (1977). У 1984 р. йому присвоєно звання «Заслужений діяч науки УРСР». Він підготував 18 докторів та 65 кандидатів наук. Багато хто з його учнів стали видатними вченими, завідувачами кафедр й відділів.

У 1977–1985 рр. кафедру очолював І. Ф. Паскевич, який у 1969 р. захистив кандидатську дисертацію, а у 1974 р. – докторську дисертацію за темою: «Молекулярные механизмы регуляции процессов транскрипции генетической информации в органах животных». Він підготував 7 кандидатів наук, опублікував понад 100 наукових робіт, у тому числі монографію «Алкоголизм и наследственность» (1983). І. Ф. Паскевич був членом Наукової ради АМН СРСР з біохімії і АМН УРСР. Напрямками наукової діяльності кафедри стало вивчення кардіотоксичної дії катехоламінів, вуглеводно-енергетичного, білкового обміну та метаболізму нуклеїнових кислот за умов експериментальних кардіопатій.

З 1986 по 1997 р. кафедру очолював академік М. Г. Сергієнко. У цей час колектив кафедри досліджував біохімічні механізми регуляції основних функцій організму та їх порушення при різних патологічних станах, зокрема пароксизмальних. Головною проблематикою було вивчення ролі нейромедіаторних систем у формуванні збудливості головного мозку, було отримано фундаментальні дані про роль катехоламінів, нейропептидів, циклічних нуклеотидів, простагландинів та інших сполук у регуляції функцій центральної нервової системи та міокарда. Співробітниками кафедри було розроблено нові методи діагностики та лікування пароксизмальних станів, які підтверджені авторськими свідоцтвами та успішно застосовуються в клініці. Він є автором понад 190 наукових робіт. За цикл робіт «Початкові та зворотні форми порушень мозкового кровообігу. Розробка й впровадження у практику нових методів профілактики, діагностики лікування та реабілітації в Україні» в 1993 р. М. Г. Сергієнку у складі авторського колективу було присуджено Державну премію України в галузі науки й техніки. Під керівництвом М. Г. Сергієнка підготовлено 6 докторів та 20 кандидатів наук.

З 1991 по 1997 р. кафедра біохімії була опорною кафедрою медичних вишів України, базою для повторного підвищення кваліфікації викладачів кафедр біохімії медвузів України за двома циклами: «Нейрохімія. Біохімія медіаторів» та «Рецептори біологічно активних сполук». Протягом 6 років кафедра біохімії була базою для роботи республіканської проблемної комісії «Біологічна та медична хімія».

З 1997 по 2013 р. кафедру очолював академік В. І. Жуков, який у 1984 р. захистив кандидатську дисертацію та дві дисертації на здобуття наукових ступенів д.м.н. та д.б.н. за темами: «Гигиеническая характеристика макроциклических эфиров в связи с проблемой охраны водных объектов» (1990) та «Структурно-метаболические механизмы формирования нарушений при действии на организм детергентов» (2000, спеціальність «Біохімія»).
Під керівництвом В. І. Жукова провідним напрямком наукових досліджень кафедри стало вивчення механізмів біологічної дії різних груп та класів ксенобіотиків, зокрема поверхнево-активних речовин, на організм. Жуков В. І. є відомим вченим у галузі гігієни та біологічної хімії, автором понад 755 наукових праць, 68 патентів та винаходів, 12 рацпропозицій, 50 колективних монографій, 3 підручників та 13 навчальних посібників, 4 санітарних норм та правил, 10 методичних вказівок, 12 нововведень МОЗ України, понад 150 впроваджень на державному рівні. За його керівництвом і консультативної допомоги виконано 29 докторських та 28 кандидатських дисертацій у галузі гігієни, біофізики, біотехнології, токсикології та біохімії. Жуков В. І. є неодноразовим переможцем обласного конкурсу «Вища школа Харківщини – кращі імена». У 2001, 2006, 2010, 2013 роках нагороджений почесними грамотами МОЗ України за особистий внесок у розвиток охорони здоров’я в Україні, у 2003 році – дипломом та срібною медаллю І. П. Павлова «За розвиток медицини та охорони здоров’я». У 2007 р. став Лауреатом премії ім. І.І. Мечникова в галузі біології та медицини. Жуков В. І. є співавтором наукового відкриття в галузі біофізики «Явище п’єзобіосинтезу в біологічних тканинах» (2013), за що нагороджений орденом Європейської академії природознавства (Ганновер, 27.08.2013). Жуков В. І. відомий та авторитетний вчений у галузі охорони навколишнього природного середовища в Україні та за кордоном.