La microbiología comienza desde la aparición de métodos que incluían la manipulación de microorganismos por el hombre; bajo este criterio, puede considerarse que sus inicios se remontan a las épocas de Babilonia y el Egipto Antiguo.

Sin embargo, dado que anteriormente los seres humanos no sabían que existían organismos microscópicos y en consecuencia ignoraban también que estaban utilizando seres vivos para producir pan, cerveza y otros productos, se considera que la microbiología comenzó sólo un par de siglos atrás de nuestra época. Datos históricos revelan que la intuición de que existían organismos vivos tan pequeños que eran invisibles para los hojos del hombre datan desde el 200aC. Antes de esto ya había personas que creían algo parecido, pero con la gran diferencia de que no se imaginaban que estuvieran vivos.

Con la invención del microscopio por Leewenhoek (1632-1723), la existencia de los microorganismos dejó de ser intuición pura y se convirtió en una certeza; sin embargo pocos fueron los que mostraron fasinación en lo que los microscopios revelaban. En realidad, el tema cobró interés para la comunidad científica cuando Pasteur (1822-1895) rompió con la teoría de la Generación espontánea mostrando cómo un medio puede permanecer estéril aún permaneciendo comunicado con el exterior usando los frascos "cuello de ganso", cuyas protuberancias impiden el paso a los microbios. Pasteur demostró también que esos organismos eran los causantes de las enfermedades y no los fermentos de los medios en putrefacción, así como que los microorganismos presentan tipos específicos de fermentación como medio anaeróbico para obtener energía. Jhonn Tyndall complementó las ideas de Pasteur al observar que los microorganismos presentan diferencias considerables en la capacidad para resistir altas temperaturas.

Los problemas más importantes a los que se enfrentaron los primeros investigadores fueron: el origen de los microorganismos, la clasificación y su relación con organismos superiores, causas de la fermentación y cura de enfermedades.

En 1838, Erenberg fue el primero en diseñar el primer criterio de clasificación de bacterias: dependiendo de la forma, las bacterias podían ser catalogadas como bastones, espiroquetas (espiral) ó cocos (esféricos). Se considera que la microbiología moderna comenzó con los trabajos de Joseph Lister (1827-1912); Lister fue el primero en curar heridas infectadas al notar que lo que llamamos putrefacción en los objetos no es sino lo mismo que lo que reconocemos como infección en los seres vivos. En el método antiséptico de Lister se usaba ácido fénico como desinfectante al aplicarlo directamente sobre las heridas, y es el modelo seguido por el método aséptico propuesto por Morton en 1846 que se usa hoy en día; la técnica es desinfectar primero los utensilios que entrarán en contacto con la herida.

Los grandes avances en la construcción de microscopios desarrollados por Ernest Abel, permitieron a Koch (1843-1910) realizar grandes aportaciones como el aislamiento de cultivos puros de microorganismos reproduciendo microbios en una placa de gelatina sólida "método de placa" (base del método actual), así como la caracterización del Mycobacterium tuberculosis, Staphyloccocus aureus, el espirilo del cólera, etc. por medio de lo que conocemos como los Postulados de Koch (lo que le valió el premio Novel). Koch aclara que para caracterizar un miroorganismo se requiere la presencia del mismo en todos los casos de enfermedad, después se debe extraer una muestra para realizar un cultivo puro (axénico), y que al entrar en contacto el cultivo con un organismo sano debe producir la misma enfermedad; finalmente, el microorganismo se aisla y debe comprobasre que es idéntico al original.

Actualmente, el conocimiento microbiológico se ha especializado tanto que lo encontramos divididos: la microbiología médica estudia los microorganismos patógenos y la posible cura para las enfermedades que producen, la inmunología averigua las causas de la aparición de las enfermedades desde una perspectiva inmunológica, la microbiología ecológica estudia el nicho que le corresponde a los microorganismos en el medio, la microbiología agricultural las relaciones existentes entre plantas y microorganismos, y la biotecnología los posibles beneficios que puede llavar para el hombre la explotación de microbios.