Международная деятельность Института началась с выхода в свет «Микробиологического журнала», который издавался с августа 1925 г. по 1931 г. В нем печатались публикации научных сотрудников как советских, так и зарубежных учреждений. Журнал сыграл важную роль в осуществлении взаимодействия с другими научно-практическими микробиологическими институтами за границей, знакомя Запад с достижениями советской микробиологии. Кроме того, распространение «Микробиологического журнала» за рубежом позволило редакции получать по пересылке (в порядке обмена) европейские периодические издания по микробиологии и инфекционным заболеваниям, а также монографии. Что, в свою очередь, позволило сотрудникам Института быть в курсе достижений зарубежных ученых.

В 60-е гг. устанавливается сотрудничество с Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Специалисты Института (Г.П. Облапенко, Ю.П. Рыкушин, А.Ю. Самострельский) приняли непосредственное участие в Глобальной программе ВОЗ по ликвидации оспы на земном шаре. Они внесли большой вклад в решение этой исторической задачи, работая в эпидемически неблагополучных регионах Азии и Африки.

Взаимодействие с ВОЗ осуществляется и в последующие годы – по программам диарейных заболеваний, полиомиелита, дифтерии, кори, краснухи, ВИЧ-инфекции и СПИД.

В настоящее время Институт продолжает активное сотрудничество с ВОЗ:

• В.Г. Дедков является экспертом-консультантом ВОЗ; членом Научной консультативной группы по происхождению новых патогенов (SAGO).
• На базе Института действуют две субнациональные лаборатории, аккредитованные в ВОЗ (по диагностике полиомиелита и по диагностике кори и краснухи).
• - С 2004 г. лаборатория кишечных инфекций Института проводит обучающие курсы ВОЗ по глобальному надзору за заболеваниями, передающимися с пищевыми продуктами (WHO GFN).

Ведущий научный сотрудник Института, О.И. Кубарь с 1998 г. является членом правления Европейского форума по качественной клинической практике (EFGCP), входит в состав рабочей группы по образованию, член Российского комитета по биоэтике (РКБ) при Комиссии РФ по делам ЮНЕСКО МИД РФ, экс-член Международного комитета по биоэтике (МКБ) ЮНЕСКО.

С 1993 г. Институт является действительным членом Пастеровской сети, в которую входят 33 института, расположенные в 25 странах мира. Институт сотрудничает с Парижским Институтом Пастера и другими институтами Сети по проблемам микробиологии, эпидемиологии, вирусологии и иммунологии, в том числе, в рамках программ ликвидации и элиминации инфекционных болезней.

С 2014 года Институт сотрудничал с Норвежским институтом общественного здравоохранения (Осло, Норвегия) по следующим проектам «Клещевые заболевания в регионе Баренцева моря, Северной и Западной Норвегии» и «Новые инфекции. Наращивание потенциала по трансмиссивным инфекциям в регионе Баренцева моря, в Норвегии и России». В рамках этого сотрудничества вышло 8 совместных публикаций.

Санкт-Петербургский НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера также поддерживает и развивает научные контакты и совместные проекты со странами Европы (Франция, Бельгия, Сербия), Азии (Вьетнам) и Африки (Гвинейская Республика, Сенегал). Кроме того, сейчас реализуется совместный проект по оценке популяционного иммунитета к вирусу SARS-CoV-2 со странами Восточной Европы, Закавказья и Центральной Азии (Республика Армения, Республика Беларусь, Кыргызская Республика, Республика Таджикистан).