17世纪中叶荷兰人吕文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）用自制的简单显微镜观察并发现了许多微生物。
一大批研究者在19世纪下半叶推动了微生物学研究的蓬勃发展，其中贡献最突出的有巴斯德、科赫、贝耶林克和维诺格拉德斯基。
微生物学的一套基本技术在19世纪后期均已完善，包括显微术、灭菌方法、加压灭菌器（Chamberland，1884）、纯培养技术、革兰氏染色法（Gram，1884）、培养皿（Petri，1887）和琼脂作凝固剂等。
20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣。微生物学沿着两个方向发展，即应用微生物学和基础微生物学。在应用方面，对人类疾病和躯体防御机能的研究，促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现（贝mmn9，1929）和瓦克斯曼（Waksman）对土壤中放线菌的研究成果导致了抗生素科学的出现，这是工业微生物学的一个重要领域。环境微生物学在土壤微生物学研究的基础上发展起来。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科。应用成果不断涌现，促进了基础研究的深入，于是细菌和其它微生物的分类系统在20世纪初中叶出现了，对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学。微生物遗传与变异的研究导致了微生物遗传学的诞生。微生物生态学在20世纪60年代也形成一个独立的学科。
20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物的研究迅速发展，分子微生物学应运而生：在短短的时间内取得了一系列进展，并出现了一些新的概念，较突出的有，生物多样性、进化、三原界学说；细菌染色体结构和全基因组测序；细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制；细菌的发育及其分子机理；细菌细胞之间和细菌同动植物之间的信号传递；分子技术在微生物原位研究中的应用。经历约150年成长起来的微生物学，在2l世纪将作为统一生物学的重要内容而继续向前发展，其中两个活跃的前沿领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。
