Le Laboratoire de Biologie Marine est la concrétisation de la vision de plusieurs personnes originaires de Boston et de Spencer Fullerton Baird (1823-1887), le premier responsable de la United States Fish Commission (commission indépendante chargée de surveiller la population des espèces marines) et directeur du National Museum of Natural History. En 1882, à Woods Hole, Baird mit en place une station de recherche à l'usage de cette commission. Il avait pour ambition d'en faire un laboratoire de premier plan. Il invita Alpheus Hyatt (1838-1902) à fonder un laboratoire-école de biologie marine à Woods Hole. Hyatt accepta l'offre, inspiré par l'école d'été d'histoire naturelle créée par le biologiste d'Harvard Louis Agassiz (1807-1873) (mais fermée peu de temps après sa création) et installée sur Penikese Island, au large de la côte de Woods Hole. Avec l'aide de 10 000 dollars récoltés par la Woman’s Education Association of Boston et la Société d'histoire naturelle de Boston (Boston Society of Natural History), un terrain fut acheté, un bâtiment fut construit, et le MBL fut créé avec Hyatt à la tête du conseil d'administration. La contribution de la Fish Commission fut essentielle, notamment par son apport en organismes marins et en eau de mer courante. (Maienschein, 1989).
Charles Otis Whitman (1842-1910), un embryologiste, devint le premier directeur du MBL. Whitman, qui pensait que “sauf exception, le chercheur est toujours le meilleur professeur”, mit l'accent sur la nécessité de combiner recherche et éducation au sein du nouveau laboratoire. Le premier cours d'été du MBL inclut une introduction de six semaines à la zoologie des invertébrés ; des installations pour l'accueil de chercheurs durant la période estivale furent également mises en place (Marine Biological Laboratory, 1888).
La bibliothèque du MBL (MBL Library) fut créée en 1889. Cornelia Clapp (1849-1934), scientifique et future administratrice du MBL, en était la bibliothécaire. En 1899, le MBL commença la publication de The Biological Bulletin, un journal scientifique qui est encore publié au MBL de nos jours (Maienschein, 1989).