Первое упоминание о ветеринарной лаборатории Ярославской области датируется 1903 годом. Ветеринарно-бактериологическая лаборатория была открыта в г. Ярославле для более точной постановки диагнозов при заболеваниях животных. Лаборатория принадлежала Ярославской Уездной Земской Управе и находилась в ее здании (ул. Собинова, д. 5а) 
К 1906 году существовало уже 11 бактериологических кабинетов при ветеринарных пунктах, которые находились тогда в каждом уезде Ярославской губернии.

С 1947 года Ярославская областная ветеринарно-бактериологическая лаборатория имеет двойное подчинение: областному управлению сельского хозяйства Исполкома областного Совета депутатов трудящихся и Министерству сельского хозяйства.
Обязанности лаборатории в то время были ответственны и многообразны. Это помощь колхозам и совхозам области в увеличении производства продуктов животноводства посредством: - организации ветеринарных мероприятий по предупреждению и ликвидации заболеваний животных и птиц; - проведения диагностических исследований животных и птиц, крови, патологического материала и кормов; - выпуска препаратов для профилактики и лечения заболеваний с/х животных и птиц. Лаборатория являлась первым этапом санитарно-профилактических мероприятий в отношении профилактики заболеваний людей такими болезнями как бруцеллёз, туберкулёз, сибирская язва, сап, паратифозными заболеваниями и др.
Согласно штатного расписания, лаборатория состояла из следующих отелов: бактериологического, серологического, химического, пищевого, радиологического, производственного, гельминто-эпизоотического, биоцеха, дезотряда, Красноткатской ММКС.
В 1974 году лаборатория переезжает в новое здание, в котором располагается и в настоящее время. Директором в это время является Зуев Лев Александрович. Теперь лаборатория состоит из 10 отделов: бактериологический, серологический, лептоспирозный, гельминтологический, вирусологический, токсикологический, биохимический, радиологический, отдел диагностики болезней птиц, бак. кухня. Областной лаборатории подчиняется 10 межрайонных лабораторий. За каждой лабораторией закреплены определённые районы обслуживания.
В тяжёлые для всей страны 90-е года лабораторию возглавлял Чуян Василий Павлович – человек с большим опытом. В послевоенный период, он в числе других ветеринарных врачей восстанавливал разрушенное сельское хозяйство. Был организатором производственной ветеринарии Ярославской области. В следствие того, что на рынки г. Ярославля поступает мясо и молоко со всех районов области и других областей, в лаборатории открывается отдел ветеринарно-санитарной экспертизы, который занимается исследованием продуктов на пригодность их в пищу.
В 2004 году директором становится Ржавцев Юрий Алексеевич. Происходит сокращение межрайонных лабораторий. Остаются лаборатории в Любиме, Угличе, Рыбинске и Ростове.
ГБУ ЯО «Ярославская областная ветеринарная лаборатория»  с 2011 года аккредитована в национальной системе аккредитации.  В 2012 году в лабораторную практику внедрён новый современный метод исследования – ПЦР (полимеразная цепная реакция). Закуплено высокотехнологичное оборудование.

С 2013 года  по 2021 директором являлся Кононов Денис Викторович. С того времени  расширился спектр проводимых исследований,  было приобретено  новое оборудование,  специалисты постоянно  повышали свою квалификацию.

Действующий директор лаборатории с 29.07.2022 г. - Волков Алексей Владимирович.