農業農村部南海漁業資源環境科學觀測實驗站依托中國水產科學研究院南海水產研究所建設，中國水產科學研究院南海水產研究所成立于1953年、隸屬于農業農村部中國水產科學研究院，是我國南海區域從事熱帶亞熱帶水產基礎與應用基礎研究、水產高新技術和水產重大應用技術研究的公益性國家級科研創新機構。

中國水產科學研究院南海水產研究所是最早在南海北部開展海洋漁業資源與生態環境監測工作的單位，早在20世紀70年代就先后在廣東汕尾和深圳蛇口設立兩個實驗站，啟動了對南海北部近海漁業資源與生態環境的常規監測。1979年，農業農村部批復同意中國水產科學研究院南海水產研究所在深圳鹽田建設深圳試驗基地，試驗基地的一項基本任務就是監測南海漁業資源情況。

1985年，作為我國漁業生態環境監測網絡的第一批海區監測站—農業農村部漁業生態環境監測中心南海區監測站在中國水產科學研究院南海水產研究所掛牌成立，標志著南海區漁業資源與生態環境監測工作規范、系統、全面地開展。

1988年，農業農村部批復同意中國水產科學研究院南海水產研究所在海南三亞建設熱帶水產研究開發中心，使中國水產科學研究院南海水產研究所對熱帶海域漁業資源與生態環境監測工作的進一步展開。

20世紀90年代初，中國水產科學研究院南海水產研究所在深圳試驗基地設立了海洋瀕危野生動物保護站和野生動物救助站，建成了以中華白海豚和珊瑚礁為主的野外監測網絡，重點監測大亞灣極其毗鄰海域的海洋瀕危野生動物和珍稀野生動物的資源變動狀況，為海洋瀕危和珍稀動物的保護提供科學保障。

2005年《關于命名2005年農業部重點野外科學觀測試驗站的通知》（農科教發〔2005〕14號）命名實驗站為首批58個農業農村部科學觀測實驗站之一。

2011年《農業部關于公布農業部重點實驗室及農業科學觀測實驗站名單的通知》（農科教發〔2011〕8號）公布實驗站為“海洋漁業與可持續發展學科群”第一批建設的農業科學觀測實驗站。

實驗站已發展成為我國大陸南部唯一的、具有明顯熱帶亞熱帶區域代表性的海洋漁業資源與生態環境科學觀測實驗站，是南海漁業資源環境領域獲取原始資料和基礎數據、開展漁業綜合科學研究、服務漁業生產的重要科技創新平臺。