Токсикология как наука сложилась в конце XIX в. Во второй половине XIX — начале XX в. было начато изучение действия вредных промышленных веществ на организм экспериментальных животных, в качестве которых обычно использовали крыс и мышей. Экспериментальный метод в токсикологию ввел французский физиолог Клод Бернар (1813—1878), изучавший действие на живой организм яда кураре (1844).
22 апреля 1915 г. в Бельгии (севернее Ипра) немцы впервые применили в качестве отравляющего вещества (ОВ) хлор. Потери от ОВ в Первую мировую войну составили более миллиона человек. В 1937 г. в Германии был открыт табун, позднее — другие, более ядовитые нервно-паралитические газы (зарин, зоман)
Во время Второй мировой войны немцы использовали в газовых камерах в концлагерях синильную кислоту и ее соли. Синильная кислота (HCN) — сильнейший синтетический яд; бесцветная, прозрачная жидкость с запахом горького миндаля, смертельная доза для человека — 0,06 г. Синильная кислота и ее соли (цианистый калий и цианистый натрий) парализуют клеточное дыхание.
В России основоположниками токсикологии как науки являются Н. В.Лазарев (1895-1973) и Н. С. Правдин (1882-1954), научная деятельность которых началась в 20-х годах XX в. В настоящее время в России существует сеть научно-исследовательских институтов, занимающихся изучением вопросов гигиены труда и разработкой профилактических мероприятий. Работы по токсикологической оценке новых веществ ведутся на гигиенических кафедрах медицинских вузов, в токсикологических лабораториях санитарно-эпидемиологических станций, где разрабатываются санитарные нормы и правила работы с вредными химическими продуктами, даются рекомендации по обеспечению безопасных условий труда. Ни одно химическое соединение не вводится в производство и не применяется без предварительной токсикологической оценки в эксперименте на животных.
Особенно широкое развитие токсикология получила после создания в 1980 г. Международного союза токсикологов (International Union of Toxicology; UTOX) на 2-м Международном конгрессе токсикологов в Брюсселе. Международные конгрессы, где обсуждаются проблемы токсикологии и экотоксикологии, проводятся один раз в три года, публикуются труды конгрессов. 3-й Международный конгресс токсикологов проходил в Сан-Диего (США) в 1983 г., 4-й — в Токио (Япония) в 1986 г., 5-й — в Брайтоне (Великобритания) в 1986 г., 6-й— в Риме (Италия) в 1992 г., 7-й —в Сиэтле (США) в 1995 г., 8-й —в Париже (Франция) в 1998 г., 9-й — в Брисбене (Австралия) в 2001 г. Всероссийская общественная организация токсикологов была учреждена 25 сентября 1996 г.; 1-й съезд токсикологов России проходил 17—20 ноября 1998 г. в Москве. Основные научные достижения токсикологов России публикуются в научном журнале «Токсикологический вестник».
Решение проблем химической безопасности в Российской Федерации входит в задачи токсикологических подразделений Федерального центра Госсанэпиднадзора.