1 、史前时期人类对微生物的认识与利用
在 17 世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克（ Antony van Leeuwenhook ）用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前，对于一门学科来说尚没形成。这个时期称为微生物学史前时期。
在这个时期，实际上人们在生产与日常生活中积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。民间早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍、蜜饯等等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。这些都是人类在食品工艺中控制和应用微生物活动规律的典型例子。积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其它作物的间作轮作，是人类在农业生产实践中控制和应用微生物生命活动规律的生产技术。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。尽管这些还没有上升为微生物学理论，但都是控制和应用微生物生命活动规律的实践活动。
2 、微生物形态学发展阶段
17 世纪 80 年代，吕文虎克用他自己制造的，可放大 160 倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水以及各种有机质的浸出液，发现到了许多可以活动的 “ 活的小动物 ” ，并发表了这一 “ 自然界的秘密 ” 。这是首次对微生物形态和个体的观察和记载。随后，其他研究者凭借显微镜对于其它微生物类群进行的观察和记载，充实和扩大了人类对微生物类群形态的视野。但是在其后相当长的时间内，对于微生物作用的规律仍一无所知。这个时期也称为微生物学的创始时期。
3 、微生物生理学发展阶段
在 19 世纪 60 年代初，法国的巴斯德（ Louis Pasteur ）和德国的柯赫（ Robert Koch ）等一批杰出的科学家建立了一套独特的微生物研究方法，对微生物的生命活动及其对人类实践和自然界的作用作了初步研究，同时还建立起许多微生物学分支学科，尤其是建立了解决当时实际问题的几门重要应用微生物学科，如医用细菌学、植物病理学、酿造学、土壤微生物学等。
在这个时期，巴斯德研究了酒变酸的微生物原理、探索了蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病的病因、有机质腐败和酿酒失败的起因，否定了生命起源的 “ 自然发生说 ” ，建立了巴氏消毒法等一系列微生物学实验技术。柯赫在继巴斯德之后，改进了固体培养基的配方，发明了倾皿法进行纯种分离，建立了细菌细胞的染色技术，显微摄影技术和悬滴培养法，寻找并确证了炭疽病、结核病和霍乱病等一系列严重传染疾病的病原体等。这些成就奠定了微生物学成为一门科学的基础。他们是微生物学的奠基人。
在这一时期，英国学者布赫纳（ E. Buchner ）在 1897 年研究了磨碎酵母菌的发酵作用，把酵母菌的生命活动和酶化学相联系起来，推动了微生物生理学的发展。同时，其他学者例如俄国学者伊万诺夫斯基 (Ivanovski) 首先发现了烟草花叶病毒 (Tobacco mosaic virus ， TMV) ，扩大了微生物的类群范围。
