История лаборатории сенсорных систем позвоночных началась в 1967-м году. Тогда, в конце 1960-х годов, в СССP начались исследования совершенно новых и по тем временам малоизученных млекопитающих - дельфинов. Работа проводилась в специально созданном для этого научно-исследовательском центре на базе первого дельфинария в Севастополе. Одним из устроителей и организаторов этого центра был академик Владимир Евгеньевич Соколов, директор Института эволюционной морфологии и экологии животных (ИЭМЭЖ РАН) (ныне - Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН). Возглавить группу по изучению морских млекопитающих он предложил сотруднику кафедры Высшей нервной деятельности Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова ученому-нейрофизиологу Александру Яковлевичу Супину.
В начале 1970-х годов силами ученых ИЭМЭЖ РАНнаучно-исследовательский центр для проведения фундаментальных исследований, не связанных с военной тематикой, появился на черноморском побережье Кавказа, сначала в районе поселка Большой Утриш, а затем – Малый Утриш, где была создана Утришская морская станция Института, функционирующая и поныне. В создании и организации станции группа А.Я. Супина приняла самое деятельное участие. В дальнейшем Лев Мухарамович Мухаметов, который и сегодня является научным куратором биостанции, взял на себя все организационные и технические проблемы станции, благодаря чему научно-исследовательская работа не прекращалась.
С 1971-го года группа по изучению морских млекопитающих стала называться группой эволюции сенсорных систем позвоночных. Перед группой стояла задача комплексного морфофизиологического изучения закономерностей эволюционных и адаптивных изменений сенсорных нервных центров позвоночных животных. Особое место в работе группы, как и ранее, занимали исследования сенсорных систем водных млекопитающих.
В 1974-м году группа получила статус лаборатории и стала называться лабораторией сенсорных систем позвоночных. Неизменным заведующим лабораторией в течение 40 лет был доктор биологических наук, профессор, лауреат государственной премии СССР Александр Яковлевич Супин. С 2014-го года лабораторию возглавил доктор биологических наук Владимир Владимирович Попов.
Работы по исследованию слуха проводились не только на Утришской морской станции, но и на Дальнем Востоке, в Перу, Китае, Америке и странах Европы, на разных видах морских млекопитающих.
На сегодняшний день в состав лаборатории входят также три группы: группа гидродинамики дельфинов (рук. д.б.н., к.ф-м.н. Е.В. Романенко), группа исследования циклов сна бодрствования морских млекопитающих (рук. к.б.н. Л.М. Мухаметов) и группа экологии морских млекопитающих (рук. Д. М. Глазов).