Durante a segunda metade do século XIX assiste-se a um crescente interesse do Homem pelo estudo do mar, em grande parte motivado pela procura de soluções para problemas relacionados com a sobrepesca. Em Portugal esse interesse reflete-se nas Campanhas Oceanográficas realizadas pelo Rei D. Carlos I e na abertura do Aquário Vasco da Gama, um dos primeiros aquários públicos do mundo.
Depois da sua inauguração em 1898, o Aquário é entregue em 1901 à Marinha Portuguesa, que confia a sua administração à Sociedade Portuguesa de Ciências Naturais em 1909. Esta Sociedade é fundada em 1906, com o objetivo de criar uma Estação de Biologia Marítima em Portugal, sendo o seu Presidente Honorário o Rei D. Carlos I. O Aquário passou então por um período de forte incremento até se converter legalmente, em 1919, numa Estação de Biologia Marítima, que tinha por objetivo o desenvolvimento de investigação científica. Destacam-se importantes estudos realizados a partir dessa altura sobre os stocks da sardinha, a sobrepesca, o plâncton, as correntes e a topografia marinha.
Esta foi a Estação de Biologia Marítima mais importante em Portugal durante a primeira metade do século XX e podemos por isso dizer que foi no Aquário Vasco da Gama que nasceu o estudo do mar e onde se formaram muitos biólogos do nosso país.
Em 1940, em consequência da construção da estrada marginal Lisboa-Cascais, o edifício do Aquário é amputado em cerca de um terço da sua superfície, o que provocou uma grave crise no funcionamento da instituição, que acabou por conduzir à separação do Aquário da Estação de Biologia Marítima.