Кафедра мікробіології була заснована у 1922 р.  Даміаном Петровичем Гриньовим, який і був першим керівником кафедри до 1934 р. До цього курс бактеріології викладався на кафедрі загальної патології та частково, а саме курс санітарної мікробіології – на кафедрі загальної гігієни.

Кафедра мікробіології стала однією з найкращих кафедр мікробіології на Україні. З 1924 по 1929 рр. кафедра вела курс спеціальної мікробіології для студентів одонтологічного факультету, а з 1930 р. – Харківського стоматологічного інституту. За цей час фактично був створений спеціальний курс «Мікробіологія ротової порожнини» та був надрукований підручник “Основи мікробіології ротової порожнини”. Крім того, у 1931–1932 рр. читався курс і велися заняття з епідеміології, яка в цей період була приєднана до кафедри мікробіології. З 1934 р. на кафедрі був затверджений спеціальний курс харчової мікробіології, ведення якого було доручено доценту С.Г. Миронову. У різні роки на кафедрі під керівництвом Д.П. Гриньова проводились курси підвищеного рівня для студентів і лікарів Інституту удосконалення лікарів, Стоматологічного, Санітарно-гігієнічного, Транспортного медичного інститутів. Основними науковими проблемами, які вивчалися, були питання туберкульозу, роль мікрофлори ротової порожнини в патології і проблеми інфекції та імунітету.

Для увічнення пам’яті професора Д.П. Гриньова у 1934 р. постановою Наркомату охорони здоров’я кафедрі мікробіології Харківського медичного інституту було присвоєно ім’я її засновника й першого керівника.

У 1934 році, після смерті професора Д.П. Гриньова кафедру очолив видатний мікробіолог, імунолог, академік АМН, професор Цехновіцер Марк Моїсейович. Наприкінці 1934 р. М.М. Цехновіцер обійняв посаду завідувача кафедри мікробіології Харківського медичного інституту, де працював до 1942 р. У 1942 р. був призначений заступником директора з наукової роботи Центрального інституту контролю сироваток і вакцин ім. Л.О. Тарасевича. Він також очолював експериментальну  лабораторію інституту.

М.М. Цехновіцер – автор понад 80 наукових робіт, більша частина яких стосується мікробіології та імунології туберкульозу. Він був одним з ініціаторів впровадження вакцини БЦЖ у практику імунізації та першим організатором виробництва цього препарату на Україні.

З 1944 року по 1971 рік кафедру мікробіології очолював член-кореспондент АМН РСР, заслужений діяч науки УРСР, професор Деркач Василь Степанович, який з 1932 по 1941 рік завідував кафедрою мікробіології 2-го Харківського медичного інституту. Основним напрямком наукових досліджень В.С. Деркача було вивчення питань біотерапії, хіміотерапії та імунології. Він запропонував новий метод вакцинації проти черевного тифу. В 1944 р. В.С. Деркач запропонував новий вітчизняний антибіотик саназин – один із гомологів піоціаніну та одержав авторське свідоцтво на цей препарат.

З 1971 р. по 2012 рік кафедру мікробіології очолював академік Академії наук Вищої школи України, академік Української  Академії наук національного прогресу, академік Міжнародної академії комп’ютерних наук і систем, Почесний академік Української медичної стоматологічної академії, академік Нью-Йоркської академії наук, академік Польської академії медичних наук, академік Всесвітньої академії медицини, заслужений працівник вищої школи України, професор Циганенко Анатолій Якович.

А.Я. Циганенко проводив дослідження субклітинних та молекулярних механізмів дії антибіотиків, вивчення механізмів вироблення мікроорганізмами резистентності до антибіотиків, займався розробкою раціональних схем антибактеріальної терапії, питаннями хіміотерапії експериментальних пухлин. Він був провідним спеціалістом у галузі створення лікарських препаратів на основі штучних ліпідних везикул – ліпосом. Одночасно було розроблено оригінальні методи кріоконсервації та тривалого зберігання ліпосомальних форм антибіотиків. У 90-х роках минулого століття проведено експериментально-клінічне обґрунтування застосування внутрішньоорганного діадинамофорезу антибіотиків при лікуванні гідронефрозів та інших патологій у дітей.

Він одним із перших в Україні розпочав наукові дослідження у галузі розшифрування механізмів колективної поведінки бактерій, що обумовлюють утворення бактеріальних спільнот – біоплівок. Були проведені експерименти щодо створення лабораторних моделей, які дозволя­ють вивчати роль бактеріальних біоплівок в інфекційній патології; а також вивчення ролі біоплівок у формуванні стійких джерел нозокоміальних інфекцій.

Зараз на кафедрі працюють учні А.Я. Циганенко: професор М.М. Мішина (завідувач кафедри), доценти Л.С. Габишева, Н.І. Коваленко, В.Л. Ткаченко, Ю.А. Мозгова, ас. О.К. Балак, О.С. Дубовик, які продовжують наукові ідеї свого вчителя.

Науково-дослідна робота кафедри пов’язана з розробкою та експериментальним обґрунтуванням нових підходів до комплексного лікування гнійно-запальних інфекцій: включає вивчення патогенетичних особливостей гнійно-запальних процесів та вивчення впливу фізико-біологічних факторів на планктонні форми та біоплівки мікроорганізмів, збудників гнійно-запальних процесів, з метою підвищення ефективності протимікробної терапії гнійно-запальних процесів. Колектив кафедри активно працює над проблемою експрес-діагностики етіологічних чинників запальних процесів. Розроблено види експериментальних моделей локалізованих і генералізованих інфекцій, на яких завдяки комплексним дослідженням доведено перевагу застосування комбінованих схем терапії гнійно-запальних процесів.

На кафедрі є достатня матеріальна і технічна база для проведення наукових досліджень та навчального процесу. Практичні заняття проводяться в спеціально обладнаних лабораторіях, в яких є інтерактивні дошки та телекомунікативні системи. Для проведення самостійної роботи на кафедрі працює студентська мікробіологічна лабораторія. З 1997 р. вперше в історії кафедри читають лекції і проводять практичні заняття зі студентами англійською мовою.