Лаборатория была создана в 1960 г. проф. А.Г. Жиронкиным и ориентирована на решение прикладных задач физиологии, в частности, проблемы выбора оптимального состава газовой среды для обитаемых кабин, определение ранних признаков токсического действия кислорода, установление термонейтральной зоны в гелио-кислородной среде под давлением.

В 1971 г. из состава лаборатории была выделена группа гипербарической физиологии под руководством д.м.н. Г.В. Трошихина, основным направлением исследований которой являлось изучение влияния факторов гипербарической среды на организм животных в условиях кратковременных и длительных экспозиций.

В 1973 г. коллектив лаборатории физиологии дыхания возглавил д.м.н. проф. И.С. Бреслав. В этот период научные исследования лаборатории приобрели фундаментальный характер и были сосредоточены на изучении хеморецепторных механизмов регуляции дыхания и исследовании произвольного контроля дыхания у человека.

С 1986 г. лабораторией физиологии дыхания руководил д.м.н. проф. Г.Г. Исаев. Основным направлением работы лаборатории в это время становится анализ механизмов компенсации добавочных инспираторных нагрузок и формирование дыхательных ощущений при затрудненном дыхании.

С 2005 г. лаборатория физиологии дыхания работает под руководством д.б.н. Н.П. Александровой. Основным направлением исследований является изучение механизмов рефлекторной регуляции дыхания и компенсаторных реакций дыхательной системы, обеспечивающих адаптацию организма к изменяющимся условиям окружающей среды в норме, при экстремальных воздействиях и в условиях экспериментальной патологии. Проводятся исследования нейроиммунных и нейромедиаторных механизмов функциональной организации дыхательного акта при обструктивном дыхании, в условиях системного воспаления, при острых гипоксических и постуральных воздействиях, тяжелой физической нагрузке.

На основании исследований, проведенных в лаборатории, сформулирована и обоснована концепция утомления дыхательных мышц и его роли в развитии дыхательной недостаточности. Установлено, что утомление инспираторных мышц является основным фактором снижения физической работоспособности человека при дыхании с повышенным сопротивлением. Впервые выявлена роль фарингеальной мускулатуры в компенсации добавочной инспираторной нагрузки, что открывает новое направление исследований, связанное с изучением состояния мышечного аппарата верхних дыхательных путей при обструктивном типе вентиляционной недостаточности. Получены приоритетные данные, доказывающие, что воздействие микрогравитации на систему внешнего дыхания не ограничивается изменением структуры легочных объемов и биомеханики грудной клетки, как было известно ранее, но влияет также на рефлекторные механизмы регуляции дыхания и функциональное состояние дыхательных мышц. Развивается концепция о роли иммунных механизмов в системной регуляции дыхания, дополняющая традиционные представления о нервной и гормональной регуляции.

На основе результатов фундаментальных исследований, проведенных в лаборатории, разработан и запатентован специализированный диагностический прибор, позволяющий оценить функциональное состояние дыхательных мышц человека и провести специализированную тренировку инспираторной мускулатуры.

Исследования лаборатории неоднократно поддерживались грантами РФФИ и РНФ, программами Президиума РАН. Начиная с 1977 г., лаборатория проводит регулярные Всероссийские с международным участием школы-семинары “Экспериментальная и клиническая физиология дыхания”. Занятия проводятся в форме лекций ведущих специалистов в различных областях физиологии дыхания и заседаний «круглых столов» с обсуждением наиболее актуальных научных и методических проблем респираторной физиологии и медицины.

Лаборатория физиологии дыхания осуществляет совместные исследования с Российским государственным педагогическим университетом им. А.И. Герцена, с НИИ космической медицины ФНКЦ ФМБА России, с Военно-медицинской Академией им. С.М. Кирова. Под руководством сотрудников лаборатории студенты Санкт-Петербургских вузов проводят экспериментальные исследования по темам выпускных квалификационных работ и магистерских диссертаций. Научные сотрудники лаборатории являются члена Европейского Респираторного Общества (ERS), участвуют в ежегодных конгрессах ERS.