自1665年胡克发现细胞以来，人们便对细胞进行着各种各样研究。早期的研究，由于受到技术条件的限制，如显微镜的放大倍数不高、成像不够清晰，因此，主要停滞在细胞的表面形状的探索上。到了十九世纪，显微镜技术得到了进一步改进，尤其是消色显微镜的问世，使得人类渴望探索细胞内部结构的愿望成为可能。这一时期，细胞生物学被正真确立，并且随着研究的进一步加深，人们对细胞的认识也越来越趋于完善化。

    1846年，人们在植物细胞中分辨出液泡，从而认识到在细胞内有膜的存在。

    1861年，德国解剖学家舒尔策（M.Schultze）把细胞定义为一团有核的原生质。在他看来原生质是一切生命的物质基础，无论是植物和动物、单细胞生物和多细胞生物、低等生物和高等生物都是如此。

    1868年，赫胥黎将“原生质”一词介绍给了英国科学家。当时，他在爱丁堡作关于“生命的物质基础”的演讲，演讲中他完全摆脱了过去对原生质宗教意义上的认识。赫胥黎指出：“所有的生命活动，都可以说成是原生质的结果。”

    1880年汉斯坦（Hanstein）将细胞质、核质和质膜合并为一个生命单位，称为“原生质体”，也就是细胞。即一个细胞有细胞壁、细胞核、细胞膜组成。

    随着高倍油镜的使用和细胞染色技术的兴起，到19世纪90年代，各种细胞器也被陆续发现。1879年弗莱明（W.Flemming）发现了细胞核内的染色质。1894年本达（C.Benda）发现了线粒体。1990年魏尔啸发现了细胞模式图。

    同一时期，人们还发现了细胞的演变过程。19世纪50年代德国医生雷马克（R.Remak）首先观察到细胞中的无丝分裂现象，提出细胞只能从已经存在的细胞经过分裂而来。1855年，魏尔啸明确提出“细胞来自细胞”后，许多生物学家也先后观察到了细胞的无丝分裂，即细胞核先在母细胞内一分为二，然后母细胞再分裂成两个子细胞。1875年，德国植物学家施特拉斯布格尔（E.Strasburger）出版了《细胞形成与细胞分裂》一书，描述了植物细胞无丝分裂的全过程。1879年，弗莱明又发现了动物细胞的有丝分裂。有丝分裂比无丝分裂复杂得多。在细胞分裂间期，进行染色体DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。复制的结果，每一条染色体都形成为两条完全一样的染色单体。在细胞分裂期，每条染色体包含的成双的染色单体两两分开，分别移到细胞的两极，两个子细胞的细胞核各自产生。这样每个子细胞都具有一套形态、结构和数目完全相同的染色体。1883年，比利时胚胎学家冯·贝内登（E.vonBeneden）在动物中发现了生殖细胞减数分裂现象。1886年，斯特莱斯布格尔又在植物细胞中发现了减数分裂现象。减数分裂是形成生殖细胞时的一种特殊细胞分裂，分裂结果使得生殖细胞核内的染色体数目减半。德国生物学家赫特维希（O.Hertwig）总结了上述成就，于1893年出版了专著《细胞与组织》，他以细胞的特性、结构和功能为基础，试图表明一切生物现象都可以从细胞的生命活动中找到解释。他的这部著作标志着生物学的一个独立分枝—细胞学的诞生。
    1900年春天，从奥地利孟德尔（G.Mendel）的遗传定律被重新发现，到美国摩尔根（T.H.Morgan）基因理论的建立，不仅对遗传学而且对细胞学的发展也产生了深刻的影响。1925年，美国细胞学家威尔逊（E.B.Wilson）在他的《发育和遗传中的细胞》一书的第三步中，提出光学显微镜下的细胞膜试图，包括细胞膜、细胞核、以及细胞质内的主要细胞器和内含物，反应了当时以形态为主的细胞概念。

    从20世纪30年代起，细胞学研究与细胞生理学、生物物理学、生物化学相结合，逐步转向细胞结构和弄能的研究。40年代，离心技术的建立和发展，使从细胞中分离各种组成获得成功。50年代，电子显微镜的改进与配套技术的建立，使分辨率达到了1纳米，可观测到许多以前无法看到的超微结构，特别是研究生物大分子结构和功能的分子生物学的兴起，对细胞学的发展有深刻的影响。60年代初，对细胞的观察已深入到亚细胞结构水平和分子水平。使细胞的结构与功能研究更加紧密结合起来，以阐明生命的基本活动规律。50年代早期提出的“细胞生物学”一词，这时已为许多生物学家所接受。美国及北欧各国相续成立了细胞生命学学会，并召开细胞生物学学术会议，出版细胞生物学期刊和专著。这一切标志着细胞学已发展到一个新的阶段，细胞生物学作为一门独立的分支学科诞生了。

    细胞生物学作为一门迅速发展的新兴学科，在形态方面，已经超过了光学显微镜下可见结构的简单描述范围。在功能方面，也已经超越了对于生理变化的纯粹描述。已经把细胞的整体活动水平、亚细胞水平和分子水平三方面的研究有机的结合起来。其研究成果，在人类社会的各个领域发挥着重要的作用。