L'Istituto nasce nel 1936, almeno come idea sviluppatasi in seno all'allora Consiglio dell'Economia (attuale Camera di Commercio) ed all'Università degli Studi di Perugia, ma le pratiche costitutive dell'Ente si completano solo nel 1939, quando il Ministero dell'Interno approva lo Statuto dell'allora "Stazione Sperimentale Zooprofilattica" dell'Umbria.
Per i successivi sei anni l'Istituto ha vissuto ed operato all'interno della Facoltà di Medicina Veterinaria.
Dal 1945 dimostrò di poter esistere in maniera autonoma, avendo a disposizione proprie strutture, sotto la guida del primo direttore, il Professor Togo Rosati.
A partire dal 1946 all'iniziativa aderiscono diverse Province delle Marche: Pesaro nel 1946, Ancona nel 1948 e Macerata nel 1956, mentre Ascoli Piceno aveva nel frattempo aderito alla costituzione dell'Istituto Zooprofilattico Sperimentale di Teramo.
Nel periodo 1948-1956 anche la provincia di Arezzo aderisce a tale iniziativa. L' Istituto per circa un decennio ha vissuto con natura giuridica di Ente di fatto, mentre nel 1956, con il D.P.R. 29 novembre, n. 1657, ha ottenuto il riconoscimento di Ente morale.
Con la legge 23 giugno 1970, n. 503 la Stazione Sperimentale Zooprofilattica dell'Umbria si trasforma in Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Umbria e delle Marche, acquisendo nella propria giurisdizione anche il territorio della provincia di Ascoli Piceno.
Diviene in tal modo Ente sanitario di diritto pubblico, inserito nel contesto del servizio sanitario nazionale e sottoposto alla vigilanza del Ministero della Sanità, che ne coordina il funzionamento attraverso le Regioni. Con tale legge, che ha disciplinato anche l'ordinamento degli altri Istituti Zooprofilattici, si realizza nel settore della sanità pubblica veterinaria, esempio unico nel mondo, una rete di servizi estesa sull'intero territorio nazionale e formata dalle 10 Sedi centrali degli Istituti e dalle 90 Sezioni diagnostiche, presenti in quasi tutte le Province italiane.
La tendenza a dare maggiore risalto ai poteri delle Regioni spinge il legislatore a trasferire alle stesse, con la legge 23 dicembre 1975, n. 745, le funzioni amministrative fino ad allora esercitate dallo Stato.
Conseguentemente, nel 1978 le Regioni Umbria e Marche, con identici provvedimenti legislativi, dettano le norme fondamentali per il riordinamento, la organizzazione e la gestione dell'Ente, provvedendo altresì alla nomina del suo Consiglio di Amministrazione.
Con la revisione dell'intero comparto sanitario pubblico, voluto dal Parlamento per migliorarne l'efficienza produttiva e razionalizzare l'uso delle risorse finanziarie, anche gli Istituti Zooprofilattici Sperimentali, con il decreto legislativo 30 giugno 1993, n. 270, vengono riordinati ed acquisiscono una completa autonomia gestionale, amministrativa e tecnica.
In particolare l'Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Umbria e delle Marche è stato il primo che ha visto l'emanazione delle leggi regionali di attuazione di tale decreto legislativo (L. R. dell'Umbria 19 febbraio 1997, n. 5 e L. R. delle Marche 3 marzo 1997, n. 20) e che ha viste formalizzate le nomine del nuovo Consiglio di Amministrazione - composto da due rappresentanti di ciascuna Regione ed uno del Ministero della Salute - e del Direttore Generale.