Кафедра була заснована в 1924 р. Перший завідувач кафедри – Абрам Олександрович Слуцкін, відомий у галузі радіофізики науковець, випускник Харківського університету 1916 р. У 1924 р. А. О. Слуцкін створив перший у світі магнетрон, за допомогою якого було отримано найкоротші на той час електромагнітні хвилі довжиною 7 см. У Харківському університеті було засновано сектор досліджень електромагнітних коливань, який у подальшому став провідним відділом Українського фізико-технічного інституту (в 1928 р.). За досягнуті успіхи в 1948 р. професора А. О. Слуцкіна було обрано дійсним членом НАМН України.

З 1938 по 1953 р. кафедру очолював професор Олександр Якович Усиков, під його керівництвом були досягнуті значні здобутки в конструюванні електронних приладів для використання в медичній практиці. В 1955 р. професор О. Я. Усиков очолив створений за його активної участі Інститут радіофізики та електроніки. В 1964 р. він був обраний дійсним членом НАН України.

З 1954 по 1968 р. кафедру очолював доц. Олександр Іванович Майданов. Основний напрямок наукової роботи кафедри в цей період – дослідження впливу фізичних та хімічних факторів на організм людини.

З 1968 по 1976 р. кафедру очолювала доцент Олена Вікторівна Адольф, на кафедрі було створено дві дослідницькі лабораторії – радіоізотопна та радіоспектроскопічна й розпочався великий цикл робіт з вивчення впливу стресового стану на синтез білків та нуклеїнових кислот у піддослідних тварин.

З 1976 по 1996 р. кафедру очолював проф. Володимир Іванович Пахомов. Використовуючи можливості радіоізотопної лабораторії, кафедра брала активну участь у дослідженні впливу різних штучно створених станів (адреналіновий некроз, експериментальний інфаркт, гіпотермія, токсичний вплив) на процеси біосинтезу в клітинах найважливіших органів дослідних тварин. У 80-х роках кафедра почала плідне наукове співробітництво з кафедрою променевої діагностики, променевої терапії та радіаційної медицини Харківського медичного інституту з метою вдосконалення методів радіонуклідної діагностики.

З 1996 р. протягом 25 років кафедру очолював професор, доктор біологічних наук Володимир Гілярієвич Кнігавко. Під його керівництвом співробітниками кафедри було розпочато дослідження теоретичних основ прогнозування процесу утворення та росту злоякісних пухлин, оцінки радіочутливості пухлинних клітин на основі математичного моделювання процесів дифузії і споживання кисню і глюкози цими клітинами, проводилося математичне моделювання утворення і репарації радіаційних пошкоджень клітин злоякісних пухлин, функціональних змін в клітинах злоякісних пухлин при променевій терапії, математичне моделювання розподілу в людській популяції генів-супресорів, ушкодження яких визначає можливість виникнення онкологічних захворювань, математичне моделювання канцерогенезу на основі аналізу статистичних даних утворення перших та других пухлин та з урахуванням гіпотези про суть процесу канцерогенезу, обґрунтування та нові трактування деяких радіобіологічних ефектів на основі їх математичного моделювання. Під час цих досліджень на кафедрі було виконано 7 науково-дослідних робіт, захищено 3 кандидатські дисертації за вказаною тематикою, ще 3 співробітників кафедри захистили кандидатські дисертації в інших галузях науки.

З 2021 р. обов’язки завідувача кафедри виконує Зайцева Ольга Василівна, професор, доктор біологічних наук, заслужений професор ХНМУ, член Української Екологічної Академії наук, член Federation of European Biochemical Societies. Продовжуючи славетні наукові традиції, на кафедрі проводяться наукові дослідження в галузі молекулярної радіобіології, спрямовані на створення математичних моделей процесів дифузії кисню та глюкози в злоякісних пухлинах та споживання цих метаболітів злоякісними клітинами, а також математичного моделювання процесів канцерогенезу.