絕大多數(shù)細胞都非常微小，超出人的視力極限，觀察細胞必須用顯微鏡。

1665年羅伯特·虎克提出細胞 在觀察軟木塞的切片時看到軟木中含有一個個小室而以之命名的。其實這些小室并不是活的結(jié)構(gòu)，而是細胞壁所構(gòu)成的空隙，但細胞這個名詞就此被沿用下來。羅伯特·虎克第一個觀察到了死細胞。

1677年列文·胡克用自己制造的簡單顯微鏡觀察到動物的“精蟲”時，并不知道這是一個細胞。列文·胡克第一個觀察到了活細胞。

1827年貝爾發(fā)現(xiàn)哺乳類動物的卵子，才開始對細胞本身進行認真的觀察。

對于研究細胞起了巨大推動作用的是德國生物學(xué)家施萊登和施旺

1838年施萊登描述了細胞是在一種粘液狀的母質(zhì)中，經(jīng)過一種像是結(jié)晶樣的過程產(chǎn)生的，并且把植物看作細胞的共同體。在他的啟發(fā)下施萬堅信動、植物都是由細胞構(gòu)成的，并指出二者在結(jié)構(gòu)和生長中的一致性，

1867年德國植物學(xué)家霍夫邁斯特和1873年的施奈德分別對植物和動物比較詳細地敘述了間接分裂；德國細胞學(xué)家弗勒明1882年在發(fā)現(xiàn)了染色體的縱分裂之后提出了有絲分裂這一名稱以代替間接分裂，霍伊澤爾描述了在間接分裂時的染色體分布；在他之后，施特拉斯布格把有絲分裂劃分為直到現(xiàn)在還通用的前期、中期、后期、末期；他和其他學(xué)者還在植物中觀察到減數(shù)分裂，經(jīng)過進一步研究終于區(qū)別出單倍體和雙倍體染色體數(shù)目。

與此同時，捷克動物生理學(xué)家浦肯野提出原生質(zhì)的概念；德國動物學(xué)家西博爾德斷定原生動物都是單細胞的。德國病理學(xué)家菲爾肖在研究結(jié)締組織的基礎(chǔ)上提出“一切細胞來自細胞”的名言，并且創(chuàng)立了細胞病理學(xué)。

從19世紀中期到20世紀初，關(guān)于細胞結(jié)構(gòu)尤其是細胞核的研究，有了長足的進展。

1875年德國植物學(xué)家施特拉斯布格首先敘述了植物細胞中的著色物體，而且斷定同種植物各自有一定數(shù)目的著色物體；1880年巴拉涅茨基描述了著色物體的螺旋狀結(jié)構(gòu)，翌年普菲茨納發(fā)現(xiàn)了染色粒，

1888年瓦爾代爾才把核中的著色物體正式命名為染色體。

1891年德國學(xué)者亨金在昆蟲的精細胞中觀察到X染色體，

1902年史蒂文斯、威爾遜等發(fā)觀了 Y染色體。

1900年重新發(fā)現(xiàn)孟德爾的研究成就后，遺傳學(xué)研究有力地推動了細胞學(xué)的進展。美國遺傳學(xué)家和胚胎學(xué)家摩爾根研究果蠅的遺傳，發(fā)現(xiàn)偶爾出現(xiàn)的白眼個體總是雄性；結(jié)合已有的、關(guān)于性染色體的知識，解釋了白眼雄性的出現(xiàn)，開始從細胞解釋遺傳現(xiàn)象，遺傳因子可能位于染色體上。細胞學(xué)和遺傳學(xué)聯(lián)系起來，從遺傳學(xué)得到定量的和生理的概念，從細胞學(xué)得到定性的、物質(zhì)的和敘述的概念，逐步產(chǎn)生出細胞遺傳學(xué)。

此外，發(fā)現(xiàn)了輻射現(xiàn)象、溫度能夠引起果蠅突變之后，因突變的頻率很高更有利于染色體的實驗研究。輻射之后引起的各種突變，包括基因的移位、倒位及缺失等都司在染色體中找到依據(jù)。利用突變型與野生型雜交，并且對其后代進行統(tǒng)計處理可以推算出染色體的基因排列圖。廣泛開展的性染色體形態(tài)的研究，也為雌雄性別的決定找到細胞學(xué)的基礎(chǔ)。

20世紀40年代后，電子顯微鏡得到廣泛使用，標本的包埋、切片一套技術(shù)逐漸完善，才有了很大改變。

開始逐漸開展了從生化方面研究細胞各部分的功能的工作，產(chǎn)生了生化細胞學(xué)。