1931年(昭和6年)、寒流系生物を主とするわが国唯一の亜寒帯臨海実験所として厚岸町に設立された。1949年(昭和24年)、隣接の旧軍用地と自然林野を加えて、総面積約40万平方メートルとなり、海産生物のみならず、鳥獣その他自然生物全般の研究の場としても活用され、より総合的な海洋生物研究教育施設としての整備が進められた。2001年(平成13年)4月に、北海道大学の農学部の附属施設であった7つの演習林、農場、牧場、植物園、水産学部の附属施設であった臼尻水産実験所、洞爺湖臨湖実験所、七飯養魚実習施設、理学部の附属施設であった室蘭海藻研究施設と共に統合され、北海道大学の学内共同教育研究施設である「北方生物圏フィールド科学センター」を形成し、本「厚岸臨海実験所」は、室蘭臨海実験所、臼尻水産実験所、洞爺臨湖実験所、七飯淡水実験所と共に、その中の「水圏ステーション」に所属することとなった。また、敷地内には愛冠自然史博物館を併設し、毎年5月より10月まで一般に無料で公開している。