Собравшийся в декабре 1867 - январе 1868 г. в Актовом зале Императорского Санкт-Петербургского университета Первый Всероссийский съезд естествоиспытателей и врачей признал насущной задачей образование научных обществ в области естествознания. По мысли Председателя съезда, известного зоолога, а в период с 1867 по 1873 г. - ректора Санкт-Петербургского университета профессора Карла Федоровича Кесслера, такие Общества следовало сформировать при всех университетах России, что создало бы прочную предпосылку для изучения природы практически во всех регионах страны. По существу, это была прозорливая и неординарная идея формирования сети исследовательских учреждений, нацеленных, прежде всего, на изучение природных ресурсов России без привлечения дополнительного научного штата.
В феврале 1868 года было получено высочайшее разрешение императора Александра II на организацию такого рода обществ, и при Санкт-Петербургском университете были учреждены Российское химическое общество (ныне Менделеевский центр) и Общество Естествоиспытателей. В 1869 г. Общества естествоиспытателей были открыты при Киевском, Казанском, Новороссийском и Харьковском университетах. Аналогичные общества появились позднее при Дерптском (1887 г), Варшавском (1888 г.) и Томском (1889 г) университетах. Процесс формирования научных обществ продолжался, и в 1901 году было создано Екатеринославское научное общество, а в 1910 г. - Крымское общество естествоиспытателей и любителей природы.
Главными задачами Императорского Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей, которые постулировались первым уставом Общества 1868 г., были: содействие исследованию природы России, развитие естественных наук, распространение естественнонаучных знаний и научное общение отечественных ученых. И в наши дни приоритетными направлениями работы Общества являются: комплексное междисциплинарное изучение и охрана природы, главным образом в Северо-Западном регионе России; поддержка научного общения в среде естествоиспытателей Санкт-Петербурга и России; поддержка молодых исследователей природы.
Для достижения своих уставных целей Общество осуществляет ряд программ: публичные пленарные заседания, проведение научных конференций, издательская деятельность, международный конкурс «Медаль Александра Ковалевского», конкурс научных работ членов СПбОЕ, конкурс магистерских диссертаций и дипломных работ, присвоение именных стипендий студентам биологического и геологического профиля высших учебных заведений Санкт-Петербурга.
Современная структура Общества отражает как его историю, так и недавнее развитие. Исторически СПбОЕ складывалось из отделений "Ботаники", "Зоологии и Физиологии" и "Геологии и Минералогии". Впоследствии в его рамках сформировалась разветвленная система секций, отражающая растущую специализацию естествознания и появление новых междисциплинарных областей деятельности (в настоящий момент число секций и образований, действующих на правах секций, более 20).
Верховный орган управления Общества - Общее собрание, проводимое не реже одного раза в пять лет. В промежутках между общими собраниями управление доверяется Ученому совету, во главе которого стоит Президент Общества.