W obecnym kształcie ZRiOR powstał w 1996 r. w wyniku połączenia Zakładu Radiobiologii z Zakładem (Zespołem) Ochrony Radiologicznej. Te ostatnie wywodzą się z kolei z powstałego na przełomie lat 1959/60 i w 1960 r. włączonego do WIHE Ośrodka Ochrony Radiologicznej i Radiobiologii.
Pierwszym kierownikiem Zakładu Radiobiologii OORiR w latach 1961-1971 był kpt. dr med. Stanisław Lipiński. W tym okresie radiobiologia budziła szczególne zainteresowanie ze względu na realne zagrożenie bronią jądrową. Pierwsze prace naukowe przeprowadzane w Zakładzie dotyczyły określenia dawek letalnych (LD50/30 i LD100/30) promieniowania X i gamma u zwierząt laboratoryjnych oraz badań zaburzeń metabolizmu w organizmie zwierząt napromienionych. Ponadto, związki znakowane izotopami promieniotwórczymi wykorzystywano w pionierskich wówczas opracowaniach metod oznaczeń radio-immunologicznych i radiokompetycyjnych. Badano również radioochronne działanie związków tiolowych i dwusiarczków. Tematyka ta została rozszerzona po przejęciu kierownictwa Zakładu w 1971 r. przez płk. prof. dr. hab. Stanisława Bitny-Szlachto. Rozpoczęto badania reakcji komórek macierzystych układu krwiotwórczego na promieniowanie jonizujące, możliwości farmakologicznej modyfikacji tych reakcji oraz biochemicznych skutków promieniowania w układzie krwiotwórczym. Przy Zakładzie istniała pracownia syntezy środków radioochronnych. W 1987 r., po odejściu płk. Bitny-Szlachto na emeryturę, kierownikiem Zakładu Radiobiologii został płk doc. dr hab. med. Krzysztof Chomiczewski.
Pierwszym kierownikiem Zakładu Ochrony Radiologicznej OORiR WIHE był mjr dr Juliusz Derecki, a od 1967 r. mjr dr Zenon Bałtrukiewicz, który kierował Zakładem do przejścia na emeryturę w 1991 r. W 1977 r. do ZOR włączony został Zakład Radiotoksykologii, którym kierował płk doc. J. Derecki. W ZOR zorganizowano 4 dozymetryczne grupy inspekcyjne do kontroli stanu ochrony radiologicznej w jednostkach stosujących ¼ródła promieniowania jonizującego oraz zespół kontroli dawek indywidualnych u osób zawodowo narażonych na działanie tego promieniowania. W wyniku działań inspekcyjno-kontrolnych rozpoznano i usunięto większość nieprawidłowości związanych ze stosowaniem ¼ródeł promieniowania jonizującego w jednostkach podległych MON i MSW: wycofano stosowanie promieniotwórczych farb świecących w przyrządach pomiarowych, zmniejszono narażenie zawodowe pracowników oraz wielkość ekspozycji pacjentów poddawanych działaniu promieniowania, polepszono warunki pracy w pracowniach rentgenowskich i zakładach przemysłowych. W tym czasie systematyczną kontrolą dawek indywidualnych objęto ok. 2 000 osób, a stan ochrony radiologicznej kontrolowano w ok. 200 jednostkach podległych MON i MSW. Utworzono placówkę Centralnej Służby Pomiarów Skażeń Promieniotwórczych, która wykonywała systematyczne pomiary skażeń wody z terenu jednostek wojskowych i mleka z wybranych punktów skupu. Zakład aktywnie działał w okresie zagrożenia radiacyjnego po awarii reaktora w Czarnobylu. Po zorganizowaniu radiacyjnego nadzoru inspekcyjno-kontrolnego w Siłach Zbrojnych przystąpiono do tworzenia bazy naukowej ZOR. Rozpoczęto badania nad radiotoksycznością i zagrożeniem radiacyjnym pochodzącym od poszczególnych radionuklidów oraz mieszaniny produktów rozszczepienia i lantanowców. W 1991 r. Zakład Ochrony Radiologicznej przemianowano na Zespół Ochrony Radiologicznej, którym – do przejścia na emeryturę w 1996 r. – kierował płk dr farm. Andrzej Petruczenko.
W 1996 r. do Zespołu Ochrony Radiologicznej przyłączono Zakład Radiobiologii (powstała z niego Pracownia Patomorfologii Radiacyjnej, kierowana przez płk. prof. K. Chomiczewskiego) i utworzono Zakład Ochrony Radiologicznej i Radiobiologii, w 2001 r. przemianowany na Zakład Radiobiologii i Ochrony Radiologicznej, a następnie na roku Zakład Radiobiologii i Ochrony Radiacyjnej; obowiązki Kierownika ZORiR objął doc. dr hab. n. med. Marek K. Janiak – po ponownym wstąpieniu do zawodowej służby wojskowej w 1999 r. Prof. dr hab. n. med. Marek K. Janiak kierował zakładem do momentu przejścia na emeryturę. Od września 2020 roku Zakładem kieruje prof. dr hab. n. farm. Paweł B. Szymański. W 2020 roku Zakład został przeniesiony do głównej lokalizacji WIHE przy ul Kozielskiej 4. Jednocześnie w Zakładzie rozpoczęto badania nad nowymi ligandami dla izotopów promieniotwórczych o powinowactwie do oun. Celem badań było otrzymanie radiofarmaceutyków do diagnostyki i terapii chorób neurodegeneracyjnych, nowotworowych oraz zmian powstałych na skutek występowania Covid-19. W okresie kierowania Zakładem wykonywano również opinie z zakresu dopuszczenia do stosowania urządzeń wykorzystujących promieniowanie jonizujące, angażowano się w procesy legislacyjne w obszarze „Prawa Atomowego” oraz przygotowano i wdrożono w jednostkach MON instrukcji postępowania w przypadku zdarzeń radiacyjnych. W 2025 roku Zakład Radiobiologii i Ochrony Radiacyjnej uzyskał zgodę Państwowej Agencji Atomistyki na otworzenie pracowni izotopowej klasy III.