Наряду с Сахалином отделения Тихоокеанского института рыбного хозяйства появились и на Камчатке, а год спустя — и на реке Амур. Самым первым заведующим стал Дмитрий Песков, проработал на новой должности он пять лет. Основными работами в институте тогда были комплексное изучение сельди и иваси, а в 1934 году у Сахалинского отделения ТИРХа появилось первое судно — кавасаки «Феликс». В то же время научный сотрудником вуза Анатолий Таранец написал работу «Ихтиофауна Советской части Сахалина».
Спустя год в планах института появилось исследование перспектив рыболовства в средневосточном и западном районах. В Александровске-Сахалинском тиражом в 225 экземпляров издали первый печатный труд СахТИНРО — «Лов сельди и иваси в юго-западной части Советского Сахалина». В 1963 году тематики работ значительно расширились, но в основном они касались сельди и лососевых рыб. На следующий год карьера Пескова закончилась: его арестовали за «вредительство», а спустя еще год расстреляли по приговору выездной сессии Верховного Суда.
Следующие два года были белым пятном в истории института — работа сильно тормозилась, поставленные планы выполнить не удалось. В предвоенный период и во время самой Великой Отечественной войны ученые не оставили исследования морских биологических ресурсов прибрежных вод Сахалина. В послевоенное время происходила реорганизация СахТИНРО. Тогда создали сразу несколько новых лабораторий: промысловой ихтиологии, рыбоводства, техники добычи, нерыбных объектов и сетеснастному материаловедению и консервированию. Очень активно вели исследования тихоокеанских лососей, запасов наваги.
В течение четырех лет с 1952 возводили новое здание СахТИНРО в поселке Антоново, в котором на тот момент были уже девять структурных исследовательских подразделений, в том числе четыре наблюдательных пункта и пять лабораторий, в одной из которых изучали морских котиков. С 1957 года начались регулярные заседания советско-японской Комиссии по рыболовству в северо-западной части Тихого океана. В 1960–1970-е годы стартует исследование минтая, изучение распределения, биологии и состояния запасов комплекса промысловых беспозвоночных континентального шельфа у южных Курильских островов и восточного Сахалина.
В 1974 году министр рыбного хозяйства СССР выпустил приказ, в котором Сахалинское отделение ТИНРО реорганизовалось в филиал и перевелось в Южно-Сахалинск. А спустя два года сотрудники института получили первую партию крупного гребешка, выращенную в озере Буссе. В 1980-е годы решили создать новые секторы и подразделения: промысловой океанографии, морских исследований лососей, прикладной экологии. А спустя семь лет ЦК КПСС и Совмина СССР выпустили постановление о переводе науки на хозрасчет и самофинансирование.
В 1990-е годы СахТИНРО начал активно сотрудничать с новыми коммерческими структурами и старыми предприятиями для решения задач по строительству нового производственно-лабораторного комплекса. В это время институт значительно поддержали руководящие и ответственные работники Государственного Комитета Российской Федерации по рыболовству, а также администрация региона. Вскоре институт снабдили хорошей техникой: в эти годы СахТИНРО «прирос» научно-исследовательским судном СТР-420, спутниковой системой TeraScan и подводной телевизионной системой Ocean Rover.
В 1995 году Сахалинский филиал получил статус самостоятельного института и наконец стал современным СахНИРО, продолжилось сотрудничество между сахалинскими учеными и Центральной Хоккайдской экспериментальной рыбохозяйственной станции. 16 января 2019 года СахНИРО присоединили в качестве филиала ко Всероссийскому научно-исследовательскому институту рыбного хозяйства и океанографии.
Организация и выполнение комплексных исследований Сахалино-Курильского шельфа и прилегающих к нему районов Охотского и Японского морей, а также внутренних водоемов Сахалина и Курильских островов являются основой деятельности СахНИРО. Изучение состояния запасов, многолетней и межгодовой динамики численности тихоокеанских лососей, морских промысловых рыб, промысловых беспозвоночных, а также выпуск рекомендаций по допустимому и возможному вылову различных видов биоресурсов остаются важными направлениями исследований института. В перспективе у учреждения — разработать систему мониторинга всех объектов промысла в пределах территориального моря, а также наблюдения за состоянием морской среды и пресноводных водоемов в районах освоения нефти и газа.