История лаборатории началась в 1920 году, когда была организована Тверская губернская ветеринарная лаборатория. Она занимала всего одну комнату, а в ее штате было 6 человек: заведующий, врач, 2 препаратора, конюх и уборщица-истопница. С 1929 года лаборатория становится Тверской окружной ветеринарной лабораторией, а с 1935 года — Калининской областной ветеринарно-бактериологической лабораторией в связи с переименованием Твери в Калинин.
На лабораторию возлагалось руководство противоэпизоотическими и профилактическими мероприятиями, проведение лабораторно-диагностических исследований инфекционных заболеваний животных, внедрение передовых методов лечения сельскохозяйственных животных. В годы Великой Отечественной войны лаборатория вместе с ценным оборудованием была эвакуирована в город Кашин Тверской области, где и продолжилась диагностическая работа.
В 1959 году в состав Калининской областной ветеринарно-бактериологической лаборатории вошла созданная в 1945 году Калининская областная ветеринарная лечебница. Это объединение способствовало расширению функций ветеринарно-бактериологической лаборатории и выполняемых ею задач. В 1994 году лаборатория становится Калининской научно-производственной ветеринарной лабораторией, четырьмя годами позже — ГУ «Тверская областная ветеринарная лаборатория», а в 2000 году — ФГУ «Тверская областная ветеринарная лаборатория».
Параллельно с Тверской областной ветеринарной лабораторией осуществляла свою деятельность областная ветеринарно-бактериологическая лаборатория по борьбе с болезнями птиц, созданная в 1936 году при Загорском птицесовхозе Наркомата совхозов РСФСР, а с 1942 года ставшая Загорской ветеринарно-бактериологической лабораторией Наркомата совхозов РСФСР. В 1947 г. лаборатория была переведена в Калинин.
В результате объединения с Калининской межсовхозной ветеринарной бактериологической лабораторией Министерства совхозов РСФСР, созданной в 1941 г., образовалась Калининская межобластная ветеринарно-бактериологическая лаборатория по борьбе с болезнями птиц, которая подчинялась Главному ветеринарному управлению Министерства сельского хозяйства РСФСР. На лабораторию возлагалось руководство противоэпизоотическими и профилактическими мероприятиями в птицеводческих совхозах ряда областей РСФСР, проведение лабораторно-диагностических исследований, внедрение передовых методов диагностики и лечения сельскохозяйственных животных и птиц.
В 1991 г. лаборатория была реорганизована в Тверскую межобластную специализированную лабораторию по болезням птиц с подчинением Министерству сельского хозяйства и продовольствия РФ. В 2003 году в результате реорганизации, связанной с объединением Тверской межобластной специализированной лаборатории по болезням птиц с Тверской областной ветеринарной лабораторией, «на свет появилась» Тверская межобластная ветеринарная лаборатория, которая с 2005 года стала «полноправным членом» Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору.
