膜生物学国家重点实验室成立于1988年，实验室由三个分室组成:膜生物化学与分子生物学分室(中国科学院动物研究所)、膜生物物理与膜生物工程分室(清华大学)、离子通道与受体分子生物学分室(北京大学)。实验室于1990年通过国家验收并正式向国内外开放，于1996年2001年2006年2011年2016年通过国家评估，在全体成员的共同努力和学术委员会的悉心指导下，实验室在2011年和2016年的国家重点实验室评估中取得了“优秀”成绩。实验室以“开放、流动、联合、竞争”八字方针为指导，坚持以基础研究为主，将本实验室的多学科特色与当代生命科学前沿相结合，发挥高校与科学院联合的优势，通过引进和培养高端人才、促进室内外合作，不断提高研究水平，致力创建国际先进水准的膜生物学研究基地。

实验室主要研究方向包括:膜蛋白结构与功能、膜性细胞器动态与功能、跨膜信号转导、物质跨膜转运、生物膜研究新技术与新方法。在生物化学、分子生物学、细胞生物学、生理学与生物物理学等学科交叉融合的基础上，开展多学科间的合作，着重从分子和细胞水平阐明生物膜结构与功能的关系，以及生物膜在物质交换、能量转换与信号转导中的作用。目前在膜蛋白结构、钙信号、线粒体自由基和跨膜信号转导等研究领域形成了一定特色和优势。

实验室现任主任为赵勇研究员，副主任为俞立教授和高宁教授。学术委员会主任为武维华院土，学术委员会委员由17位著名专家组成。

经过30年的建设，实验室形成了一支高素质、以中青年为主的学术队伍。实验室现有固定成员46人，其中研究人员42人，包括，中国科学院院士5人，中国工程院士1人，国家“杰出青年科学基金”获得者17人。