Em 1904, o local onde hoje é o CEPENE serviu para a instalação de uma estação sanitária construída pelo Governo Federal. Nessa estação, permaneciam por 40 dias os navios com destino à Europa, em razão de epidemias de febre amarela, varíola e hanseníase que assolavam o Brasil. Foi nesse local que, inicialmente, eram colocados os doentes que chegavam ao porto para tratamento das moléstias. Os navios que vinham ao Brasil com imigrantes atracavam no porto de Tamandaré, onde era realizada a triagem das pessoas portadoras da hanseníase e as sadias. As que se encontravam em bom estado de saúde eram liberadas, e, caso contrário, eram tratadas no Lazareto. O conjunto arquitetônico que compunha o Lazareto era formado por sete prédios, três caixas d'água e um extenso barracão de madeira, além de um moinho de vento, com destaque para o pavilhão da administração em estilo gótico.
No início da década de 20, com o avanço dos trabalhos de Oswaldo Cruz na área da saúde e vacinação, as dependências do Lazareto foram doadas ao Ministério da Agricultura. À época, o objetivo era a correção educacional das crianças e jovens de Pernambuco, por intermédio do Patronato Agrícola João Coimbra, inaugurado em 05 de novembro de 1924. O patronato funcionava como escola desde a alfabetização até o ensino da admissão, e como complemento, as crianças e jovens aprendiam ofícios como alfaiataria, sapataria, música e carpintaria. Outro ensinamento era a agricultura, inicialmente com o plantio de coqueiros e, posteriormente, na área hoje ocupada pela Reserva Biológica do Saltinho. Em 1950, a escola foi transferida para a cidade de Barreiros, onde hoje funciona o Instituto Federal de Educação.
O Patronato Agrícola funcionou até 1950, e em 1951, teve início a Escola de Pesca de Tamandaré, com a chegada de equipamentos, recuperação dos antigos prédios e construção de novas estruturas. A história da Escola de Pesca divide-se em dois períodos: o primeiro, de 1954 a 1967, quando funcionava o curso de pescador profissional, e outro, de 1968 a 1975 (final da escola), quando houve a inclusão dos cursos de patrão de pesca regional, patrão de pesca costeira e motorista de pesca.
A escola oferecia alojamento, alimentação, vestimentas pessoais, material didático e material de higiene pessoal, e contava com as seguintes dependências: alojamentos, salas de aula, sala de recreação, placo para eventos, refeitório, cozinha, sala de marinharia, fábrica de gelo e frigorífico, carpintaria náutica, oficina mecânica, almoxarifado, rouparia, barbearia, padaria, sala de rádio, ancoradouro, quadra de esportes, campo de futebol, residência para funcionários, enfermaria, biblioteca, museu, garagem e salgadeira, além de 18 barcos para treinamento e pesquisa. Durante a existência da Escola foram formados 1.287 alunos, que atuaram profissionalmente em embarcações oceanográficas de pesquisa e em barcos de pesca.
A Escola de Pesca tinha participação direta na vida do povo de Tamandaré. Cinema, bailes, padaria, formaturas, tudo isso fazia parte do modo de vida de uma comunidade pequena e pacata.
Com o término da Escola de Pesca em 1977, a Universidade Federal Rural de Pernambuco utilizava as instalações da antiga escola ao ministrar disciplinas do curso de Engenharia de Pesca, aproveitando as dependências e as embarcações, assim como também foram construídas outras estruturas para o processamento do pescado.
Em 1981, foi criado o Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento Pesqueiro (PDP), vinculado à SUDEPE - fruto de uma cooperação entre o Brasil e a FAO. O objetivo era subsidiar e orientar os investimentos em frotas e instalações industriais para a pesca e aquicultura de recursos marinhos, estuarinos e de água doce, além de proporcionar informações básicas para aumentar a produtividade, dinamizando o sistema de estatística pesqueira para o ordenamento da pesca regional. A partir daí, foi planejada a implantação dos novos centros de pesquisa, um em cada região do país (CEPNOR, CEPENE, CEPSUL E CEPERG).
Assim, o CEPENE foi criado no dia 11 de outubro de 1983 por meio de convênio entre a SUDEPE e o Ministério da Marinha. O Centro de Pesquisa e Extensão Pesqueira do Nordeste, primeiro nome do CEPENE, era uma unidade descentralizada do PDP, vinculado à SUDEPE, voltado para os estudos dos recursos marinhos e estuarinos. O objetivo principal da criação do CEPENE era dotar a região Nordeste de uma unidade capaz de coordenar e executar os trabalhos de pesquisa e extensão pesqueira. Na época, o Governo Federal considerava a pesca artesanal rudimentar e improdutiva, e que deveria ser elevada à pesca de grande escala, com incentivos à implantação de novos equipamentos, fábricas e indústrias, além das pesquisas voltadas para exploração pesqueira. A proposta inicial de atuação do CEPENE era a execução de pesquisas e geração de tecnologias com vistas ao desenvolvimento do setor pesqueiro.
Com os conceitos e entendimentos da época, no ano seguinte, em 1984, chegou ao CEPENE o Navio de Pesquisa Riobaldo, adquirido pela SUDEPE em 1971. O Riobaldo, navio de casco de aço com 24,2 m de comprimento total, foi construído em 1969, na Louisiana, EUA. Foi originalmente projetado como barco camaroneiro, junto com outro barco igual, para a pesca de arrasto duplo. Os dois barcos foram nomeados M/V Kiwi e M/V Green Provider. Depois de comprados pelo governo brasileiro, foram adaptados como embarcações de pesquisa e renomeados como Riobaldo e Diadorim, inspirados no romance de Guimarães Rosa "Grande Sertão: Veredas".
A partir de 1973, iniciaram os cruzeiros de pesquisa, e o Riobaldo atuou nas regiões Norte, Nordeste e Sudeste. Esse navio foi imprescindível para a realização de diversas pesquisas no mar do nordeste brasileiro; fazia pesca experimental, pesca exploratória, prospecção pesqueira e pesquisa oceanográfica; e teve papel fundamental nos anos de execução do Programa REVIZEE – Avaliação do Potencial Sustentável dos Recursos Vivos da Zona Econômica Exclusiva. Riobaldo, depois de navegar mais de 100 cruzeiros, foi mantido no píer do CEPENE por uma década, e desativado em 2017, e se tornará um museu para contar a história das pesquisas marinhas no nordeste brasileiro.
Outro navio histórico presente até os dias de hoje no CEPENE é o Natureza. Foi construído em 1973 em Fortaleza, pela Mercedes Benz, com 16,70 m de comprimento total, em aço. Foi uma embarcação do tipo pesqueira, e chegou ao Centro de Pesquisa em 1996 exclusivamente para atuar no Programa REVIZEE, navegando em águas nordestinas até 2008. Natureza foi desativado junto com Riobaldo, em 2017.
Com a extinção da SUDEPE e criação do IBAMA, em 1990, o CEPENE, então renomeado Centro de Pesquisa e Gestão Pesqueira do Nordeste, passou a integrar a estrutura dessa nova autarquia, executando pesquisas para a gestão do uso sustentável dos recursos pesqueiros, do Maranhão até a Bahia, com forte atuação regional com estabelecimento dos núcleos de pesca nas Superintendências do IBAMA. Nessa época, a programação de pesquisa do CEPENE teve um acentuado caráter interinstitucional e manteve permanentemente a formação e capacitação de pessoal.
Em 1995, foi iniciada a parceria entre o CEPENE e o Departamento de Oceanografia da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), com estudos sobre a conservação dos recifes de coral da região. Estas pesquisas subsidiaram a criação da Área de Proteção Ambiental (APA) Costa dos Corais, em 1997, e, no ano seguinte, a parceria deu fruto ao Projeto Recifes Costeiros, atual Instituto Recifes Costeiros (IRCOS).
No ano de 2007, com a criação do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), os Centro de Pesquisa passaram por uma fase de indefinição institucional, até que foi publicado o Decreto nº 8.099 de 04 de setembro de 2013, que dispõe sobre a transferência dos Centros especializados do IBAMA para o ICMBio, em caráter definitivo. Em março de 2015, o CEPENE teve seu escopo de atuação ampliado para a conservação da biodiversidade marinha, e seu nome alterado para Centro de Pesquisa e Conservação da Biodiversidade Marinha do Nordeste.
Atualmente, a sede do CEPENE é em Tamandaré, PE, e existem duas bases avançadas, uma em Itamaracá, PE, responsável pelas ações de preservação do peixe-boi marinho, e outra em Caravelas, BA, focada em atividades de conservação de manguezais do nordeste brasileiro (Portaria nº 20, 5 Janeiro 2018).
