Die TUHH wurde 1978 gegründet. Die Geschichte des heutigen Instituts für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie begann 1982 mit der Berufung von Lutz Franke vom Otto-Graf Institut der Universität Stuttgart zum Leiter des neu geschaffenen Arbeitsbereichs Bauphysik und Werkstoffe des Bauwesens (die Institute wurden zur damaligen Zeit an der TUHH noch „Arbeitsbereiche“ genannt). Er brachte wenig später Günter Herrmann als Oberingenieur aus Stuttgart mit. 1984 kam die Laborleiterin Sabine Opeldus, damals noch Sabine Witt, an den Arbeitsbereich. 1985 folgte Werner Leschnik als Professor für bauphysikalische Messtechnik. Ebenfalls 1985 kam Gernod Deckelmann als wissenschaftlicher Mitarbeiter an das Institut und wurde 1990 nach seiner Promotion neuer Oberingenieur.

Anfänglich war das Institut in der Harburger-Schlossstraße und anschließend im Dampfschiffsweg angesiedelt, wo auch eine große Versuchshalle zur Verfügung stand. Nach Fertigstellung größerer Bereiche des heutigen Campus der TUHH zog das Institut 1987 an den heutigen Standort in das Gebäude M an der Eißendorfer Straße um, wo neben modernen Laboren auch zwei allerdings kleinere Versuchshallen genutzt werden.

Nach dem Ausscheiden von Lutz Franke aus dem aktiven Dienst wurde Frank Schmidt-Döhl 2007 von der Materialprüfanstalt für das Bauwesen in Braunschweig zum Professor für Baustoffe und Leiter des Instituts berufen. Es wurde dann in Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie umbenannt. 2009 schied Werner Leschnik aus dem aktiven Dienst aus. Seit 1982 sind 60 wissenschaftliche Mitarbeiter/innen, 20 Mitarbeiter/innen in Labor und Verwaltung und etliche wissenschaftliche Hilfskräfte und Tutoren am Institut tätig gewesen.

Die Lehrtätigkeit begann 1989. Sie umfasst neben den im Institutsname genannten Fächern Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie seit 1995 auch die Baukonstruktion. Seit 2008 wird im Zuge der Neugestaltung der Studiengänge Lehre auch für höhere Semester bzw. im Masterstudium angeboten. Damit einher ging ein rapider Anstieg der Anzahl studentischer Diplom-, Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten. Eine Besonderheit stellt ein Modul zur Materialprüfung, Bauzustands- und Schadensanalyse dar. In dieser Breite wird die Thematik wahrscheinlich an keiner anderen Universität in Deutschland angeboten. Von 2018 bis zur Gründung des Instituts für Digitales und Autonomes Bauen 2021 wurde von Thomas Kölzer, der auch Oberingenieur des Instituts war, zusätzlich Lehre zum Building Information Modeling erbracht.

Schwerpunkte der Forschungsarbeiten waren bzw. sind das mechanische Verhalten von Glasfaserverbundwerkstoffen im Bauwesen und Dauerhaftigkeitsfragen, wie Säureangriffe in Abwasseranlagen, die Frost- und Salzbeanspruchung von Ziegeln und die Alkali-Kieselsäure Reaktion. So entstand beispielsweise die Säureprüfung nach der Hamburger Sielbaurichtlinie, die zusammen mit dem ebenfalls am Institut entwickelten Protonenverbrauchsverfahren in die DIN 19573 eingeflossen ist sowie das Schnellprüfverfahren für Gesteinskörnung, das Bestandteil der Alkalirichtlinie des DAfStb ist. Einige dieser Arbeiten wurden in den 90er Jahren im DFG-Schwerpunktprogramm „Korrosion nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe im Bauwesen“ durchgeführt. Ermüdung metallischer Werkstoffe, polymermodifizierte Mörtel und Carbonatisierung wurden ebenfalls untersucht, genauso wie die nachträgliche Bestimmung betontechnologischer Eigenschaften. Ein weiterer Schwerpunkt war das mechanische Verhalten, die Prüfung und der Schutz von Mauerwerk. Bauphysikalische Fragestellungen umfassten den Feuchtetransport, das Sorptionsverhalten von Baustoffen, die Feuchtemessung mittels Mikrowellen und die energetische Ertüchtigung von Bauwerken.

2001 gelang es Lutz Franke mit einigen Mitstreitern das Schwerpunktprogramm (SPP) 1122 der Deutschen Forschungsgemeinschaft „Vorhersage des zeitlichen Verlaufs von physikalisch–chemischen Schädigungsprozessen an mineralischen Werkstoffen“ zu initiieren. In den folgenden 6 Jahren wurde diese deutschlandweite Forschung von ihm koordiniert. Am Institut entstand u.a. das Programm AStra/Cesar. Mit dem Wechsel von Frank Schmidt-Döhl nach Hamburg kam das Programmsystem Transreac hinzu, dessen Entwicklung 1991 im bereits oben erwähnten SPP „Korrosion nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe im Bauwesen“ begonnen hat, das eine wichtige Grundlage für den SPP 1122 war, und das über das Schwerpunktprogramm noch in Braunschweig u.a. zum probabilistischen Modell ausgebaut werden konnte.

Im SPP 1182 „Nachhaltiges Bauen mit ultrahochfestem Beton“ (UHPC) beschäftigte sich das Institut mit dem chemischen Angriff auf UHPC. Die Ergebnisse gehen zusammen mit Resultaten weiterer Forschungen am Institut in die UHPC Richtlinie des DAfStb ein. Auch im SPP 2020 „Ermüdung von Hochleistungsbeton“ beschäftigt sich das Institut wieder mit UHPC und nutzt dazu u.a. die moderne hochauflösende analytische Elektronenmikroskopie der TUHH, die über zwei Großgeräteanträge, an denen das Institut beteiligt war, geschaffen werden konnte. Auch im Sonderforschungsbereich 477 „Bauwerksüberwachung“ war das Institut tätig. Es wurde geprüft, ob mittels Geoelektrik Chlorideindringtiefen zerstörungsfrei ermittelt werden können.

Neben dieser koordinierten Forschung waren Gipsputzschäden, die initiale Phase der Alkali-Kieselsäure-Reaktion, der Vergleich der Alkaliaufnahme realer Straßenbetone mit Versuchskörpern, der chemischer Angriff bei wiederholter Befeuchtung und Trocknung, die Modellierung der Gefügeveränderungen bei chemischem Angriff, Betoninstandsetzung unter Wasser, der Einsatz von Vakuum-Hohlkörpern bei frei formbaren Wärmedämmstoffen, die Messung der Belegreife von Estrichen und die Quantifizierung der C-S-H-Phase in zementgebundenen Baustoffen mittels IR-Spektroskopie wichtige Forschungsthemen des Instituts. Die Verknüpfung experimenteller Untersuchungen mit Modellierung und die Verbesserung der selbst entwickelten Modellierungswerkzeuge sind dabei charakteristisch für viele Projekte.

Aktuelle, noch nicht erwähnte Forschungsthemen sind der chemische Angriff auf geotechnische Elemente, die Erhärtung zementgebundener Baustoffe bei gleichzeitiger Verformung, Untersuchungen zur Digitalisierung von Arbeitsprozessen im Bauwesen, spezielle Probleme der 2D Korrosionssimulation, osmotische Prozesse in mineralischen Baustoffen und die schnelle Prüfung der Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen. Erwähnt werden soll auch, dass Lutz Franke weiterhin regelmäßig im Institut tätig ist und zum Feuchtetransport in porösen Baustoffen forscht.

Von Anfang an ist das Institut auch für Behörden, Gerichte, Verbände, Unternehmen und Privatpersonen tätig. Regelmäßig wurden und werden Untersuchungen mit entsprechenden Berichten oder Gutachten abgeschlossen, oder z.B. auch die WA-Prüfplatte für die Feuchteaufnahme von Mauerwerk angefertigt. Manche Gerichtsgutachten und Berichte erreichen dabei einen Umfang und einen Schwierigkeitsgrad, der Forschung auf DFG-Niveau nur wenig nachsteht. So hat sich das Institut z.B. ein umfangreiches Wissen über Polymersilikatmörtel und Salzbeton aufbauen können. Erfreulich ist, dass die früher sehr häufigen Untersuchungen auf Asbest in Baustoffen abgenommen haben. Dieses alte Problem scheint langsam zu verschwinden. Um die Durchführung solcher mehrwertsteuerpflichtigen Projekte zu erleichtern wurde 1985 die Gesellschaft für Forschung und Entwicklung e.V. (GEFORENT) als Selbsthilfeeinrichtung von Professoren der TUHH gegründet. 1992 folgte dann die TUHH Technologie GmbH, die heutige TuTech Innovation GmbH als Technologietransfergesellschaft der TUHH. Beide waren die ersten Einrichtungen dieser Art. Heute werden entsprechende Projekte entweder als TuTech Zentrum für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie oder über die GEFORENT abgewickelt. Das Institut leistet damit neben seiner Tätigkeit in Forschung und Lehre auch einen nicht unerheblichen Beitrag zum Technologietransfer durch die TUHH.