1676年，列文虎克首先发现口腔中的细菌当时叫做“微小生物”。1861年，巴斯德用他那有名的鹅颈瓶所做的实验有力地证明了空气中有细菌存在。他还根据自己对发酵作用的研究，指出空气中存在许多种细菌，它们的生命活动能引起有机物的发酵，产生各种有用的产物，有的产物还可以为另外的细菌后继发酵、产生不期有的产物。
空气中也存在着人和动物的病原菌，能引起各种疾病。为了排除杂菌，巴斯德于1886年创造了巴氏消毒法。1877年，英国化学家廷德尔建立了间歇灭菌法或称廷氏灭菌法。1876年创立了无菌外科。同年，德国人科赫分离出了炭疽菌，提出有名的科赫法则。他为了弄清霍乱弧菌与形态上无法区别的其他弧菌的不同，进行了生理、生物化学方面的研究，使医学细菌学得到率先发展。
1880年前后，巴斯德研究出鸡霍乱、炭疽、猪丹毒的菌苗，奠定了免疫学的基础。科赫首先采用平板法得到炭疽菌的单个菌落，肯定了细菌的形态和功能是比较恒定的。自从单形性学说取得初步胜利之后，就建立了以形态大小为基础的细菌分类体系，随后又用生理、生物化学特性作为分类的依据，使细菌分类学的内容逐步得到充实。
十九世纪的最后20年，细菌学的发展超越出了医学细菌学的范畴,工业细菌学,农业细菌学也迅速建立和发展起来。1885～1890年，维诺格拉茨基配成纯无机培养基，用硅胶平板分离出自养菌(硝化细菌、硫化细菌等)，还研制了一种“丰富培养法”，能比较容易地把需要的细菌从自然环境中选择出来。
1889～1901年，拜耶林克分离成功根瘤菌和固氮菌，确证了细菌在物质转化、提高土壤肥力和控制植物病害等方面的作用。20世纪初，细菌学家们在研究传染病原、免疫、化学药物、细菌的化学活性等方面取得较大进展，基本上证实细菌的发酵机理与脊椎动物肌肉的糖酵解大体相同，而细菌对生长因子的需要也与脊椎动物对维生素的需要基本一致。
1943年，德尔布吕克分析了大肠杆菌的突变体；1944年，埃弗里在肺炎球菌中发现转化作用都是由DNA决定的；1957年，木下宙用发酵法生产氨基酸；在用大肠杆菌制造出胰岛素之后，1980年，吉尔伯特又用细菌制造出人的干扰素，从而将细菌学的研究推进到分子生物学的水平。
细菌具有体积小、繁殖快、活力强、种类多、易变异等特点，能在人工控制的条件下进行研究和生产，是现代生物学以及其他学科的重要研究工具。