Fin dal 1867 il naturalista tedesco Anton Dorhn, sostenitore delle nuove teorie darwiniane, andava accarezzando l'idea di realizzare vicino al mare un istituto per lo studio della biologia marina; interessato più agli aspetti biologici degli animali che a quelli anatomorfologici, aveva durante alcuni soggiorni di studio lungo le coste del Mediterraneo, avvertito l'esigenza di una struttura che gli consentisse di mantenere in vita gli animali appena pescati.
Infatti, quando nel 1868 si recò a Messina per studiare la ricchezza di flora e di fauna di quel mare, portò con se una insolita attrezzatura: un acquario portatile. Soddisfatto dei risultati scientifici ottenuti con l'ausilio di questo sistema, pensò di costruire parecchi acquari e di tenerli tutti insieme uno accanto all'altro, in una casetta nei pressi del mare, lasciandoli a disposizione di altri biologi marini.
Fu cosi che nacque l'idea di dar vita ad un acquario pubblico come parte integrante della Stazione Zoologica, centro di ricerca sulla biologia marina. Lo studioso, era, infatti, convinto che una simile struttura potesse essere di grande aiuto alla ricerca stessa e nel contempo contava di sostenere almeno in parte le spese per i laboratori scientifici, con le entrate dell'acquario.
Per la progettazione dell'elegante edificio in villa comunale fu chiamato Alfond Lloyd, un ingegnere inglese che aveva acquisito notevole fama per aver messo a punto un sistema di circolazione che permetteva di mantenere a lungo gli animali in vasca senza dover cambiare l'acqua.
Per l'acquario di Napoli, Lloyd scelse un sistema di circolazione che data la particolare ubicazione della sede, permetteva di pompare nei serbatoi, senza alcuna preventiva filtrazione, nuova acqua di mare. Il tipo di circolazione fu dunque " semiaperto" ed ebbe subito un successo straordinario, tanto che venne adottato da molti altri acquari costruiti più tardi, come quello di Montecarlo.
Da due grossi bacini posti nel sottosuolo, l'acqua viene pompata nelle vasche e da queste ritorna poi ai bacini. Durante il percorso un terzo dell'acqua viene sostituita. Prima di essere messa in circolazione l'acqua prelevata dal golfo a 300 metri dalla costa ed a una profondita di 11 metri attraversa un serbatoio di decantazione.
Le vasche d'esposizione, la cui capacità varia da 250 a 69 mila litri sono allestite con pietre vulcaniche naturali ed illuminate in gran parte dall'alto da luce naturale.
La vasca delle Gorgonie, vero e proprio giardino fiorito, o quella degli Astroides che, grazie al frullato che quotidianamente viene loro somministrato espandono i polpi, regalano spettacoli di rara bellezza.
Anfore romane, nelle quali si nascondono murene e granchi infastiditi dalla luce; brocchette napoletane con Spirographis, sottolineano l'unicità di questo impianto. L'Acquario della Stazione Zoologica che costituisce l'attrazione principale per il turista, vanta ampi laboratori per ricerche di zoologia, botanica e fisiliolgia marine e una vastissima biblioteca, ritenuta una delle più importanti del mondo nel campo biologico.