Tras la guerra civil se integró en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
El presupuesto se concretó el 1 de septiembre (50.000 pesetas iniciales y 30 000 anuales, más 10 000 como sueldo del propio Cajal).
Su primer director fue el propio Ramón y Cajal (1920-1934); a su muerte le sucedió su discípulo Jorge Francisco Tello, que al término de la guerra civil fue 'depurado' y destituido de su cargo.
En 1957 se trasladó a un nuevo edificio en la Calle Velázquez, compartiendo el espacio con otros Institutos (Centro de Investigaciones Biológicas).
[cita requerida] El instituto es depositario del Legado Cajal, que incluye dibujos e ilustraciones científicas, preparaciones histológicas, microfotografías, microscopios, libros y otras publicaciones.