Відділ кріобіохімії створений у 1972 році. Першим керівником підрозділу був член-кореспондент НАН України професор Аполлон Максимович БІЛОУС (1929-1999), який став засновником наукової школи та напрямку – біохімії мембранних структур клітин за умов низьких температур.
У своїх численних роботах (він був співавтором більш ніж 300 публікацій, 15 монографій та 18 винаходів) професор А. Білоус представив своє бачення механізмів кріопошкодження та криозахисту біологичних структур на різних рівнях їхньої організації (макромолекули, біомембрани, органели, клітки, тканини та органи). Під його керівництвом співробітниками відділу розроблена структурна гіпотеза холодового пошкодження кліток, яка постулює вирішальну роль біологічних мембран у якості первинних мішеней дії факторів низькотемпературного впливу.
Під керівництвом професора А. Білоуса захищено 8 докторських та 31 кандидатська дисертація. Його учні успішно очолювали і очолюють підрозділи інституту та кафедри вишів нашого міста.
За свої наукові досягнення А. Білоус нагороджений медаллю «За доблесну працю», Почесною грамотою Президії УРСР та Верховної Ради УРСР, отримав Державну премію з науки і техніки України.
До складу відділу кріобіохімії с 1972 по 1990 роки входила лабораторія кріоензімології, яку очолював професор Володимир Йосипович Луговий (1938-2006). Співробітники лабораторії виконували оригінальні дослідження з визначення ролі факторів кріопошкодження, які виникають у циклі заморожування-відігрів, в порушенні активності і молекулярної структури ферментів.
У 1990 році на базі відділу кріобіохімії були створені два нових підрозділи Інституту: відділ Біохімії холодових адаптацій та відділ Кріофізіології клинин, які очолили учні професора А. Білоуса – докт.біол. наук Олександр Гулевський та докт.біол. наук Валерій Бондаренко.
З 1999 р. по теперішній час відділом завідує д.б.н., професор Олександр Юрійович Петренко. На базі відділу виконують дипломні роботи бакалаври та магістри харківських профільних вищих навчальних закладів.
Колишні аспіранти відділу у теперішній час працюють у лабораторіях Канади (Шаніна Ірина), Великої Британії (Тарасов Андрій), Німеччини (Муценко Віталій), Чехії (Петренко Юрій), США (Зайков Вєдєнєй).
