达尔文的进化论，许旺和施莱登的细胞学说以及孟德尔遗传定律和摩根的染色体学说奠定了当代生物学的基础，但是他们都只是从纯生物学的角度来阐述生命现象，而不能说明它的根本机理和原因。虽然远在 1871年，R，Lankester曾预言过，生物不同种属间的化学和分子差异的发现和分析，对确定系统发生的关系要比总体形态学的比较研究更为重要。这个非凡的预见虽然已为近代的分子生物学所证实，但按当时的科学水平，这个设想没有可能得到证实。在生物大分子的研究方面，远在上世纪40年代即已分离出血红蛋白结晶，1871年Miesclier即分离出“核素”，这些发现，在科学史上有重大意义，但限于当时的科学水平，不可能进一步了解这些物质的本质，所以也不可能有意识地研究这些物质的分子结构来探讨生命的根本问题。因此，分子生物学的诞生和发展主要是本世纪内的事。
本世纪分子生物学的诞生和发展按其重大的突破和进展可大致地划分为三个阶段。 第一阶段：在上世纪的后期，巴斯德由于发现了细菌而在自然科学史上留下丰功伟绩，但是他的“活力论”观点，即认为细菌的代谢活动必须依赖完整细胞的看法，却阻碍了生物化学的进一步发展。直至1890～1900年问suchner兄弟证明酵母提出液可使糖发酵之后，科学家们才认识到细胞的活动原来可以再拆分为更细的成分加以研究。此后相继结晶了许多酶，如腺酶（Sumner，1926)、胰蛋白酶（Northrop，1930)及胃蛋白酶（Northrop及Kunitz，1932)等，并且证实了这些物质都是蛋白质。这些成果开辟了近代生物化学的新纪元。事实上，分子生物学正是在科学家们打破了细胞界限之日诞生的。在这以后的几十年间，科学界普遍认为，蛋白质是生命的主要物质基础，也是遗传的物质基础。与此同时，被湮没达 35年之久的孟德尔遗传定律（1865)，又被重新发现，摩根等在这个定律基础上建立了染色体学说，使遗传学的研究引起了科学界的重视。这个时期，尤其是在第一次世界大战之后，正是物理学空前发达的年代，量子理论和原子物理学的研究表明，尽管自然界的物质变化万千，但是组成物质的基本粒子相同，它们的运动都遵循共同的规律。那么，是否可以应用物理学的基本定律来探讨和解释生命现象呢？不少科学家抱着这个信念投身到生命科学的研究中，从而开始了由物理学家、生化学家、遗传学家和微生物学家等协同作战的新时期，在这个时期里，科学家们各自沿着两条并行不悖的路线进行研究。一派是以英国的Astbury等为代表的所谓结构学派（structurists)，他们主要用ｘ射线衍射技术研究蛋白质和核酸的空间结构，认为只有搞清生物大分子的三维结构，才能阐明生命活动的本质，分子生物学一词正是Astbury在1950年根据他的这一思想首先提出来的。另一学派称为信息学派，他们着眼于遗传信息的研究。它的创始始人之一，德国的Delbruck，本来是原子物理学家，由于矢志于遗传学的研究, 由德国来到美国摩根的遗传学实验室。当他无法用数学表达果蝇的遗传规律时，转而以噬菌体为研究对象，把噬菌体看成为最小的遗传单位，研究其遗传信息的表达和调控。所以这一派也称为噬菌体学派。
在这个时期，分子生物学研究的最重要成果是证明了遗传的物质基础是DNA而不是蛋臼质，Avery等（1944)证明了使肺炎双球菌由粗糙型转成为光滑型的转化因子是DNA。随后，噬菌体学派的Hershey和chase进一步提出了更加令人信服的证据，他们用蛋白质上标记了放射性硫的噬菌体感染细菌，发现只有噬菌体的DNA被“注射”到细菌体内去并在其中繁殖，而蛋白质则留在细胞之外。但在当时，由于科学界对DNA的结构尚少研究，所以还无从知道何以DNA能成为遗传的物质基础。
分子生物学发展的第二阶段是以DNA双螺旋的发现为标记的，这个划时代的发现正是结构学派和信息学派汇合所结出的硕果，从此以后，关于生物大分子结构和信息的研究才紧密地结合起来，Watson 和Crick的DNA双螺旋学说破天荒地用分子结构的特征解释生命现象的最基本问题之一－－基因复制的机理，从而使生物学真正进入分子生物学的新时代。在这以后的年代里，DNA的研究始终占据着分子生物学的中心地位。在短短的20年里，mRNA的发现和遗传密码的破译，以及DNA聚合酶、RNA聚合酶、限制性核酸内切酶、连接酶，质粒等一系列重大发现，终于导致70年代初重组DNA技术的问世。这标志着分子生物学发展到了更高阶段，即第三阶段。这项技术使分子生物学家能够在体外按照主观愿望切割和拼接DNA分子，借助细菌制造大量所需的DNA片段，极大地促进了DNA本身结构和功能的研究。更有甚者，这项技术标志着分子生物学家从认识和利用生物的时代进入了改造和创建物种的新时期。
