Кафедра физиологии и анатомии растений была открыта в Томском университете в 1923 году по инициативе профессора Василия Васильевича Сапожникова. В.В. Сапожников приехал в Томский Императорский университет в 1893 году и дважды был избран его ректором (1906-1909; 1917-1918). В.В.Сапожников специализировался на кафедре физиологии растений в МГУ, которой руководил К.А. Тимирязев, поэтому стремление создать в Томском университете аналогичную кафедру, было вполне естественно, и он осуществил это в 1923 году. В.В. Сапожников заведовал кафедрой всего несколько месяцев, так как скорая смерть положила конец его деятельности.
После смерти В. В. Сапожникова кафедру возглавил профессор Петр Васильевич Савостин, который с небольшим перерывом (1926-1928 гг) руководил ею до 1938 года. В это время научные исследования развивались в двух направлениях – магнитобиологии и изучении минерального питания растений.
После отъезда П.В. Савостина, кафедру возглавил профессор Кронид Тимофеевич Сухоруков, приехавший в 1938 году из Москвы. К.Т. Сухоруков нашел в Томском университете убежище от господствовавшего в то время в биологии Трофима Лысенко. К.Т. Сухоруков является основателем направления в области изучения иммунитета растений. Итоги его исследований изложены в монографии «Физиология иммунитета растений» (1952г.). Одновременно на кафедре велись исследования в области почвенной микробиологии доцентом Ларисой Ивановной Потехиной. К этому времени кафедра уже получила название Кафедры физиологии, биохимии растений и микробиологии.
После отъезда К.Т. Сухорукова (1952 г.) кафедрой руководил профессор Михаил Михайлович Окунцов. По его инициативе была открыта проблемная лаборатория фотосинтеза, в которой начались исследования вторичного действия света на морфогенез растений. По результатом этих исследований были защищены кандидатские диссертации О.А. Роньжиной, К.А. Врублевской, Е.И. Симоновой, В.М. Гольдом, Р. А. Карначук, Т.А. Зайцевой, Н.М. Фроловой, Г.Н. Котляровой, Г С. Верхотуровой, Р.И. Лещук, Т.П. Нестеренко, Л.С. Малыш, Л.Д. Водзиловой, А.Б. Ошаровым и П.А. Казымовым.
После неожиданного отъезда М.М. Окунцова в 1969 в 1974 году кафедра была расформирована и педагогическая и научная деятельность по физиологии и биохимии растений проходила на кафедре ботаники (зав. каф. проф. А.В. Положий).
Восстановление Кафедры физиологии и биотехнологии растений состоялось в 1991 году по инициативе профессора А.В. Положий и профессора Раисы Александровны Карначук, последняя с этого времени и заведует кафедрой. При кафедре открыта лаборатория биотехнологии и биоинженерии. В 2002 году, в связи с расширением исследований и подготовки специалистов в области биотехнологии растений и микроорганизмов, кафедра переименована и теперь называется Кафедрой физиологии растений и биотехнологии.