地球上微生物的诞生可以追溯到35亿年前，远早于人类的诞生。然而，人类与微生物却“相识”甚晚，自1676年荷兰人列文虎克(Antony van Leeuwenhoek)用自制的简单显微镜观察到细菌开始，仅短短的几百年，但这一发现为人类揭开了一个崭新的世界。
人类对微生物的利用远早于对其的科学认识
在列文虎克通过显微镜观察到细菌之前，其实人类早已开始了对微生物的利用，只是未从科学角度对微生物的形态、功能及作用机制进行描述。
早在上古时代，我国就已开始利用曲糵(发霉、发芽的谷粒)进行酿酒，但一直不知道曲糵的本质所在。考古学家在我国贾湖遗址的陶器沉积物中发现了酒石酸成分，经碳-14年代测定距今有9000多年，说明当时人们已经开始通过发酵酿造技术制作饮料，是目前世界上发现的最早与酒有关的实物资料。公元6世纪，贾思勰在《齐民要术》中明确记载了谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜等利用微生物制作食品的方法。
除了食品制作外，我国人民很早就将微生物用于农业生产和医疗。春秋战国时期，劳动人民从生产实践中发现腐烂在田里的杂草可以使庄稼长得茂盛，于是开始用腐烂的野草和粪作为肥料公元前1世纪，世界现存最早的农学著作《氾胜之书》曾提出，利用瓜类和小豆间作的种植方法来提高作物产量《神农本草经》记载了白僵蚕(即感染白僵菌而僵死的家蚕幼虫)的功效与用法《左传》也有关于用麦曲治疗腹泻病的记载《医宗金鉴》则详细记载了种痘防治天花的方法。
西方国家也同样有利用微生物的历史，如公元前3000年左右，古埃及人就首先掌握了制作发酵面包、酿制果酒的技术。尽管当时人们通过日积月累的生活实践，已经学会巧妙地利用微生物来改善自己的生产和生活，但是他们并不知道这些方法的实质是微生物在发挥作用。
显微镜的发明让人类与微生物相识
除了在生产、生活实践中利用微生物外，人类也经受着各种微生物制造的威胁，如瘟疫等。但是，当时人们并不知道是微生物在其中“作怪”。尽管如此，一些科学家还是预见到了某种未知的实体在其中发挥了作用。1642年，明末清初传染病学家吴有性曾在其著作《瘟疫论》中提出传染病“乃天地间别有一种异气所感”，并指出“气即是物，物即是气”，对微生物的存在进行了较为粗浅的预见。
16世纪末，简易的显微镜在荷兰诞生，但当时人们并没有将其应用于科学研究中。直到17世纪80年代，列文虎克用其自制的可放大160倍的显微镜对雨水、污水、血液、腐败了的物质、牙垢等进行观察，发现了许多“活的小动物”。他利用显微镜持续地对这些“活的小动物”的具体形态进行了观察和详细描述，并将结果发表在《皇家学会哲学学报》，从此打开了人类对微生物研究的大门。列文虎克也成为世界上第一个观察到球形、杆状和螺旋形的细菌和原生动物的人。
在列文虎克之后，不少研究者也通过显微镜对微生物的形态等进行了研究，不断充实和扩大人类对微生物的认知。然而，在其后200年左右的时间里，人类对微生物的认识依旧停留在对其形态的描述上，对它们的生理活动、作用规律以及它们是如何影响人类健康和生产实践的仍一无所知。
对“自然发生说”的否定推动了微生物学科的发展
尽管列文虎克等科学家开启了微生物研究的大门，但千百年来普遍流行的“自然发生说”依旧盛行，并于18世纪和19世纪达到了顶峰。“自然发生说”认为，生物可以从无生命物质或有机物中自然发生，而不是通过上一代此类生物繁衍产生。
