จุลชีววิทยาเป็นหน่วยงานที่มาพร้อมกับการตั้งคณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (๓ มิถุนายน ๒๔๙๐) ซึ่งในครั้งนั้น คณะแพทยศาสตร์นี้สังกัดมหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ ดังนั้น จุลชีววิทยาจึงมีประวัติยืนยาวนานกว่า ๗๕ ปี ในระยะแรกๆ จุลชีววิทยาเป็นเพียงหน่วยงานหนึ่งในภาควิชาพยาธิวิทยา ตั้งอยู่ที่ตึกสายหยุด บุนนาค หรือภักไพบูลย์ (เป็นเรือนไม้) ซึ่งได้ถูกรื้อไป และสร้างตึกเวชศาสตร์ป้องกันขึ้นมาแทน ต่อมาภาควิชาพยาธิวิทยาได้ย้ายมาที่ตึกพยาธิวิทยา ซึ่งสร้างใหม่เป็นตึก ๓ ชั้น (ปัจจุบันถูกรื้อไปแล้ว และสร้างเป็นสนามแทน) จุลชีววิทยาก็ยังเป็นหน่วยงานหนึ่งที่มีที่ทำการอยู่ที่ชั้นหนึ่งของตึกพยาธิวิทยา ในระยะแรกนั้น จุลชีววิทยาได้บริการเฉพาะการเพาะเชื้อทางด้านแบคทีเรียเพียงอย่างเดียวเท่านั้น ต่อมามีการศึกษาวิจัยร่วมกับแพทย์ทางทหารของอเมริกา ทำให้งานบริการด้านการติดเชื้อไวรัสเพิ่มขึ้น เนื่องจากการติดเชื้อเป็นปัญหาสาธารณสุขของประเทศเป็นอันดับหนึ่ง ทำให้หน่วยจุลชีววิทยามีงานขยายเพิ่มขึ้น ทั้งทางด้านวิชาการและการให้บริการ ประกอบกับมีพระราชกฤษฎีกาเพิ่มแผนกวิชาในมหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์
ในปี พ.ศ. ๒๕๐๖ หน่วยจุลชีววิทยาจึงได้แยกออกมาจากภาควิชาพยาธิวิทยา เป็นภาควิชาจุลชีววิทยา และเป็นฝ่ายหนึ่งของโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ โดยมี ศ.นพ.อภัย ชมุนี เป็นหัวหน้าภาควิชา/ฝ่ายจุลชีววิทยาเป็นท่านแรก
ภาควิชา/ฝ่ายจุลชีววิทยามีหัวหน้าภาควิชา/ฝ่ายรวม ๑๑ ท่าน ดังรายนามต่อไปนี้
ศาสตราจารย์ นายแพทย์อภัย ชมุนี | พ.ศ. ๒๕๐๖ – ๒๕๑๑ |
ศาสตราจารย์ นายแพทย์ขจร ประนิช | พ.ศ. ๒๕๑๑ – ๒๕๑๖ |
รองศาสตราจารย์ นายแพทย์ดิลก เย็นบุตร | พ.ศ. ๒๕๑๖ – ๒๕๒๔ |
รองศาสตราจารย์ นายแพทย์กวี ภู่ไพบูลย์ | พ.ศ. ๒๕๒๔ – ๒๕๓๒ |
รองศาสตราจารย์ แพทย์หญิงสมใจ เหรียญประยูร | พ.ศ. ๒๕๓๒ – ๒๕๔๐ |
รองศาสตราจารย์ นายแพทย์กำจร ตติยกวี | พ.ศ. ๒๕๔๐ – ๒๕๔๓ |
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ นายแพทย์อนันต์ จงเถลิง | พ.ศ. ๒๕๔๓ – ๒๕๕๐ |
รองศาสตราจารย์ นายแพทย์กำจร ตติยกวี | พ.ศ. ๒๕๕๑ – ๒๕๕๒ |
รองศาสตราจารย์ ดร.ภาวพันธ์ ภัทรโกศล | พ.ศ. ๒๕๕๓ – ๒๕๖๑ |
ศาสตราจารย์ ดร.แพทย์หญิงณัฏฐิยา หิรัญกาญจน์ | พ.ศ. ๒๕๖๑ – ๒๕๖๔ |
รองศาสตราจารย์ ดร.แพทย์หญิงกนิษฐา ภัทรกุล | พ.ศ. ๒๕๖๔ – ปัจจุบัน |
ภาควิชา/ฝ่ายจุลชีววิทยาประกอบด้วย ๔ หน่วย คือ หน่วยแบคทีเรียวิทยา ไวรัสวิทยา ราวิทยา และภูมิคุ้มกันวิทยา มีภารกิจหลักตามวิสัยทัศน์ที่ตั้งไว้คือ “ภาควิชา/ฝ่ายจุลชีววิทยามุ่งมั่นงานสอน เพื่อผลิตบัณฑิตที่มีคุณภาพ เพื่อเป็นผู้นำของสังคม สร้างงานวิจัยที่มีคุณภาพเพื่อการประยุกต์ใช้และสร้างองค์ความรู้ใหม่ และการให้บริการทางห้องปฏิบัติการ ที่ถูกต้อง แม่นยำ รวดเร็ว มีคุณภาพตามมาตรฐานสากล เป็นแหล่งอ้างอิงระดับชาติ”