Биологическое направление является старейшим в институте. Первые исследования проводились еще на центральной опытной станции при японском губернаторстве Карафуто. Все научные публикации института с момента организации Сахалинской научно-исследовательской базы АН СССР в 1946 г. и до переименования ее в Сахалинский комплексный научно-исследовательский институт (СахКНИИ) в 1955 г. представлены только биологической тематикой (всего 107 публикаций). Преобладание биологических исследований в тематике института сохранялось до начала 60-х годов прошлого столетия.

Одним из главных биологических направлений с первых этапов становления и до настоящего времени является изучение растительного и животного мира Сахалина и Курильских островов. В разные годы тематика этих исследований решала задачи и ориентировалась на новые направления в соответствии с запросами областных учреждений и организаций, связанных с развивающимся народным хозяйством области.

На первой, организационной стадии становления академической науки на Сахалине с 1946 по 1949 г. основными направлениями работы были животноводство, полеводство и изучение лесных ресурсов. В 1949 г. Сахалинская база АН СССР переводится в ранг Сахалинского филиала АН СССР с соответствующей реорганизацией структуры и основных направлений. Ботанические исследования в этот период проходят под руководством выдающихся ученых - М.Г. Попова (1951-1958) и А.И. Толмачева (1955-1960). С начала 1960-х годов начинается новый этап биологических исследований по изучению природной флоры Сахалина и Курильских островов под руководством Е.М. Егоровой (1961-1971).

Становление Сахалинского ботанического сада также начиналось в структуре биологического подразделения института и проходило при Ю.Д. Ишине (1972-1978). Под строительство сада институту официально была передана городская территория площадью 42 га. Подготовка территории, строительство питомника и первые посадки проводились силами не только сотрудников биологического отдела, но и всего института во время выездных субботников уже начиная с 1972 г.

Основные работы этого периода - проектирование, посадки и необходимые хозяйственные работы - выполнялись всеми сотрудниками отдела биологии, включающего лаборатории флоры и ботанический сад. По результатам этих работ был выпущен первый сборник статей, полностью посвященный проблемам организации и строительства Сахалинского ботанического сада - "Интродукция и акклиматизация растений на Сахалине" (1977) и подготовлен пятилетний отчет "Научные основы создания Сахалинского ботанического сада" (1976-1980 гг.). В 1991 г. распоряжением Президиума ДВО РАН ботанический сад как научное подразделение был передан из структуры института в ведение ДВО РАН и преобразован в самостоятельное подразделение.

В 80-х годах, под руководством И.Г. Корневой (1976 - 1991), проводились ресурсные исследования (папоротник-орляк, папоротник чистоуст коричный, красника, брусника, черника, голубика, клюква, лук-черемша). В этот период были разработаны схемы рационального использования для сохранения продуктивности естественных пищевых ресурсов, предложены рекомендации к внедрению, определены запасы некоторых ягодников и пищевых папоротников, работал ботанический стационар "Утёсное". В целом, по результатам этих работ в 1986 и 1989 гг. были защищены две кандидатские диссертации.

В 1990-е годы в связи с четко обозначившейся общемировой проблемой сохранения биоразнообразия, в лаборатории проводились работы по научному обоснованию создания новых охраняемых территорий на Сахалине. Результатом явилось создание 6 новых памятников природы общей площадью около 34 км2 и заказника "Восточный".

В настоящее время исследования лаборатории направлены на комплексное изучение наземных экосистем Сахалина. С приходом в лабораторию молодых сотрудников стало развиваться новое направление - структурная ботаника, которая включает изучение анатомии, индивидуального развития и становления жизненных форм и структуры растений. Все это связано с экологическим направлением, т.к. планируется изучение отклика растений на загрязнение окружающей среды, а также необходимо для оценки состояния и биоиндикации природных экосистем. С одной стороны, эти проблемы являются фундаментальными для систематики, морфологии и анатомии растений, а с другой - имеют прикладное значение, так как отражают реакцию растительных организмов на действие комплекса экологических факторов, в том числе антропогенных.