Организатором и первым руководителем кафедры (с 1860 г.) был проф. А.В. Петров (1837-1885) известный не только как видный ученый, но как общественный деятель. Много сил и энергии А.В. Петров отдал Казанскому обществу врачей, председателем которого был многие годы. Александр Васильевич Петров 5-го октября 1863 года был единогласно избран доцентом. Затем последовала двухгодичная заграничная командировка, где А.В. Петров стажировался по пат. анатомии, включая музейное дело в лучших университетах Германии у проф. Ферстера, а затем у. Р. Вирхова. После возвращения в Казань и получения звания профессора, А.В. Петров добивается отдельного помещения для кафедры в стенах анатомического театра. Параллельно с чтением лекций, А.В. Петров собственноручно изготавливает сотни музейных макропрепаратов.
После смерти А.В. Петрова в 1885 г.кафедру занял Н.М. Любимов (1852-1906). При нем кафедра стала подлинным научно-консультативным центром Поволжья и Урала. Н.М. Любимов — автор руководства по патологической анатомии, выдержавшего 3 издания. Многие годы Н.М. Любимов был деканом медицинского факультета, он был выборным ректором Казанского университета.
В период с 1908 по 1921 г. кафедру возглавлял Ф.Я. Чистович (1870-1942). Он был первым ректором Казанского университета после 1917 года. Им был издан ряд руководств, в том числе в 1919 г. «курс патологической анатомии», первый советский учебник по этой специальности, выдержавший потом несколько изданий. В 1923 г. кафедру возглавил И.П. Васильев (1877-1949). Он стал учителем целого поколения патологоанатомов и клиницистов. Авторитет И.П. Васильева как педагога и особенно как прозектора-практика был велик. Он много сделал для организации патологоанатомической службы в Республике.
После смерти И.В. Васильева кафедрой последовательно руководили его ученики — доц. Н.С. Подольский (1949-1955), доц. Н.Ф. Порываев (1955-1959 и 1966-1968), проф. Г.Г. Непряхин (1959-1966).
В конце 60-х гг. на должность заведующего был избран В.А. Добрынин. Он по праву считается основателем школы онкоморфологов г. Казани.
В 1989 по 2003 г. кафедрой заведовал проф. Н.Ш. Шамсутдинов. Он не только сохранил научные традиции, но и активно поддержал новое направление в патологической анатомии – иммуногистохимический метод исследования.
В настоящее время кафедра, используя современные методы исследования (иммуногистохимический) исследует гистогенез некоторых эпителиальных опухолей человека. Приоритет во внедрении иммуногистохимического метода исследования в научную и практическую работу принадлежит профессору кафедры С.В. Петрову, который в конце 80-х годов прошлого столетия начал использовать моноклональные антитела (МКАТ) к ткане- и цитоспецифичным антигенам. Благодаря его усилиям кафедра является ведущей в России по диагностике опухолей человека.
Кафедра располагает уникальным собранием макропрепаратов. Музей был основан вместе с кафедрой в 1863 г. Начало коллекции положил первый заведующий кафедрой А. В. Петров. После преобразования медицинского факультета Казанского университета в медицинский институт в 1930 г., кафедра и музей переезжают в здание бывшего студенческого общежития на ул. Толстого 6/32, где и базируются по настоящее время. С 2004 г музей располагается здесь же, но занимает уже 2 этажа в отреставрированном помещении 2-го учебного корпуса КГМУ.