สถาบันก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2499 ในฐานะห้องปฏิบัติการจุลชีววิทยาอู่ฮั่น ภายใต้สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) โดยความร่วมมือของมหาวิทยาลัยอู่ฮั่น (武汉大学) และวิทยาลัยการเกษตรหฺวาจง (华中农学院) ในปี พ.ศ. 2504 ได้จัดตั้งเป็นสถาบันจุลชีววิทยาของจีนตอนใต้ และในปีต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็นสถาบันจุลชีววิทยาอู่ฮั่น ในปี พ.ศ. 2513 เมื่อคณะกรรมาธิการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมณฑลหูเป่ย์เข้ามาบริหาร จึงได้ปรับเปลี่ยนเป็นสถาบันจุลชีววิทยาของมณฑลหูเป่ย์ ต่อมาในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2521 สถาบันได้ถูกโอนคืนไปยัง CAS และเปลี่ยนชื่อเป็นสถาบันวิทยาไวรัสอู่ฮั่น[6]

ในปี พ.ศ. 2558 ห้องปฏิบัติการความปลอดภัยทางชีวภาพแห่งชาติของสถาบันได้เสร็จสมบูรณ์ในงบประมาณก่อสร้าง 300 ล้านหยวน (44 ล้านเหรียญสหรัฐ) โดยความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการ CIRI ของรัฐบาลฝรั่งเศส และเป็นห้องปฏิบัติการชีวนิรภัยระดับ 4 (BSL–4) แห่งแรกที่สร้างขึ้นในจีนแผ่นดินใหญ่[2][7] การจัดตั้งห้องปฏิบัติการได้รับเงินทุนบางส่วนจากรัฐบาลสหรัฐ และใช้เวลากว่าทศวรรษกว่าจะเสร็จสมบูรณ์หลังจากการริเริ่มแนวคิดในปี พ.ศ. 2546[2]

ห้องปฏิบัติการมีความผูกพันกับห้องทดลองแห่งชาติกัลเวสตัน (GNL) ในสังกัดมหาวิทยาลัยเท็กซัส ของสหรัฐ[8] นอกจากนี้ยังมีความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นกับห้องปฏิบัติการจุลชีววิทยาแห่งชาติ (NML; National Microbiology Laboratory) ของแคนาดา

สถาบันเป็นหัวข้อของความขัดแย้งในช่วงเวลาเริ่มมีรายงานการระบาดของโรคโควิด-19 ในปี พ.ศ. 2563 มีการกล่าวอ้างจากนักชีววิทยาในสหรัฐ ว่าสถาบันเป็น "สถาบันวิจัยระดับโลกที่ทำการวิจัยระดับโลกในด้านวิทยาไวรัสและภูมิคุ้มกันวิทยา" และเขาได้ตั้งข้อสังเกตว่า สถาบันเป็นผู้นำในการศึกษาไวรัสโคโรนาในค้างคาว[8]