Der Gebäudekomplex entstand 1873–1878 nach Entwürfen von Paul Emmanuel Spieker entsprechend der Vorgaben der Physiker Hermann von Helmholtz und Emil Du Bois-Reymond. Den Bau der Institutsgebäude mit den Laboratorien leitete Karl Albert Fritz Zastrau (1837–1899). 1879–1883 folgte die erste Erweiterung. 1907/08 ergänzte Georg Thür (1846–1924) den Gebäudekomplex. Im II. Weltkrieg wurde die Nordseite zerstört. Hier entstand 1996–1998 das ARD-Hauptstadtstudio. Das Direktorenwohnhaus Wilhelmstraße 67 nutzt seit 2000 die Landesvertretung Berlins. 1998/99 sind an den historischen Gebäudeteilen Sanierungsarbeiten durchgeführt worden. Die Fassade des spätklassizistischen Baus wurde mit gelben Klinkern verkleidet. Die Gebäude dienten von Anfang an der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität). Die Bauten Dorotheenstraße 96 beherbergten das – zuerst errichtete – Physiologische Institut mit dem an der Hoffront angefügten großen Hörsaal. Das östlich gelegene Pharmakologische Institut und das nördlich an der Bunsenstraße 1 befindliche Technologische und das II. Chemische Institut entstanden in der ersten Ausbauphase. Heute werden die erhalten gebliebenen Gebäude vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Charité und vom Institut für Mikrobiologie und Hygiene der Charité genutzt. An der Dorotheenstraße sind Terrakottamedaillons zu sehen, die die Mediziner Albrecht von Haller (1708–1777) und Johannes Müller (1801–1858) darstellen. In der Bunsenstraße 1 erinnert eine Gedenktafel daran, daß dort im damaligen Physikalisch-Chemischen Institut von 1905 bis 1922 Walther Nernst und von 1923 bis 1936 der Mitbegründer der chemischen Kinetik, Max Bodenstein, gearbeitet haben. In der Dorotheenstraße 96, wo Robert Koch am 24. 3. 1883 die Entdeckung des Tuberkelbazillus verkündete, befindet sich eine Gedenkstätte für den Mediziner. In dem Komplex befand sich auch die Arbeitsstätte von Max Planck, der 1900 hier die Quantentheorie begründete. 1913 führten James Franck und Gustav Hertz (1887–1975) hier ihre Elektronenstoßversuche durch, woran Gedenktafeln an der Wilhelmstraße 67 A erinnern. Die Institutsgebäude stehen unter Denkmalschutz.
Spieker 