1871年，Lankester就提出，生物不同種屬間的化學和分子差異的發現和分析，對確定系統發生的關系，要比總體形態學的比較研究更為重要。後來，隨著德國、美國生理化學實驗室的
建立和生物化學雜誌的創辦，促進了生物化學的發展。當生物化學深入到研究生物大分子時，
1938年Weaver在寫給洛克菲勒基金會的報告中，首次使用了分子生物學(molecular biology)壹詞。他寫道：“在基金會給予支持的研究中，有壹系列屬於比較新的領域，可稱之為分子生物學……”。壹年以後，研究蛋白質結構的Astbury使用了這個名詞，以後它變得越來越普遍。特別是在1953年，Watson和Crick發表了著名論文“脫氧核糖核酸的結構”以後，DNA雙螺旋結構的發現，促進了遺傳學、生物化學和生物物理學的結合，推動了分子生物學的形成和迅速發展，使生命科學全面地進入分子水平研究的時代，這是生物科學發展史上的重大裏程碑。1956年劍橋醫學研究委員會率先建立了分子生物學實驗室，1959年創刊了《分子生物學》雜誌，1963年成立了歐洲分子生物學國際組織，分子生物學從而成為嶄新的獨立學科，帶動著生命科學迅猛發展，成為現代自然科學研究中的重要領域。
在分子生物學的形成和發展過程中，有許多重大的發現和事件，具體情況如下：
1864年：Hoope-Seyler結晶並命名了血紅蛋白。
1869年：Mieseher第壹次分離了DNA。
1871年：Lankester首先提出生物不同種屬間的化學和分子差異的發現與分析，對確定系
統發生的關系，要比總體形態學的比較研究更為重要。
1926年：Sumaer從刀豆的提取物中得到脲酶結晶，並證明此蛋白質結晶有催化活性。同年，Svedberg創建了第壹臺分析用超高速離心機，並用其測定了血紅蛋白的相對分子質量約為6.8X104。
1931年：Pauling發表了他的第壹篇關於“化學鍵特性”的論文，詳細說明了***價鍵聯結的
規律。後來，又建立了處理生物分子的量子力學理論。
1934年：Bernal和Crowfoot發表了第壹張胃蛋白酶晶體的詳盡的X-射線衍射圖譜。
1941年：Astbury獲得了第壹張DNA的X-射線衍射圖譜。
1944年：Avery提供了在細菌的轉化中，攜帶遺傳信息的是DNA，而不是蛋白質的證據。實驗證明，使無毒的R型肺炎雙球菌轉變成致病的S型，DNA是轉化的基本要素。8年後，1952年，Hershey和Chase又用同位素示蹤技術證明T2噬菌體感染大腸桿菌，主要是核酸進入細菌內，而病毒外殼蛋白留在細胞外。煙草花葉病毒的重建實驗證明，病毒蛋白質的特性由RNA決定，即遺傳物質是核酸而不是蛋白質。至此，DNA作為遺傳物質才被普遍地接受。
1950年：Chargaff以不同來源DNA堿基組成的精確數據推翻了四核苷酸論，提出了Chargaff規則，即DNA的堿基組成有壹個***同的規律，胸腺嘧啶的摩爾含量總是等於腺嘌呤的摩爾含量，胞嘧啶的摩爾含量總是等於鳥嘌呤的摩爾含量，即[A]＝[T]和[G]＝[C]。
1951年：Pauling和Corey應用X-射線衍射晶體學理論研究了氨基酸和多肽的精細空間結構，提出了兩種有周期規律性的多肽結構學說，即alpha螺旋和B-折疊理論。
1953年：這是開創生命科學新時代的第壹年，具有裏程碑意義的是Watson和Crick發表了“脫氧核糖核酸的結構”的著名論文，他們在Franklin和Wilkins X-射線衍射研究結果的基礎上，推導出DNA雙螺旋結構模式，開創了生物科學的新紀元。同年，Sanger歷經8年的研究，完成了第壹個蛋白質壹胰島素的氨基酸全序列分析。
隨後，1954年Gamnow從理論上研究了遺傳密碼的編碼規律；1956年Volkin和Astrachan發現了mRNA(當時尚未用此名)；1958年，Hoagland等發現了tRNA在蛋白質合成中的作用；Meselson和Stahl應用同位素和超離心法證明DNA的半保留復制；Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則。
1960年：Marmur和Dory發現了DNA的復性作用，確定了核酸雜交反應的專壹性和可靠性；Rich證明DNA-RNA雜交分子與核酸間的信息傳遞有關，開創了核酸實際應用的先河。與此同時，在蛋白質結構研究方面，Kendrew等得到了肌紅蛋白0.2nm分辨率的結構，Perutz等得到了血紅蛋白0.55nm分辨率的結構。
1961年：這是分子生物學發展不平凡的壹年。Jacob和Monod提出操縱子學說，發表了蛋白質合成中遺傳調節機理的論文，此論文被譽為是分子生物學中文筆優美的經典論文之壹。同年，Brenner等獲得mRNA的證據；Hall和Spiegelman證明T2 DNA和T2專壹性RNA的序列互補；Crick等證明了遺傳密碼的通用性。
1962年：Arber提出第壹個證據，證明限制性核酸內切酶的存在，導致以後對該類酶的純
化，並由Nathans和Smith應用於DNA圖譜和序列分析。
1965年：Holley等采用重疊法首先測定了酵母丙氨酰-tRNA的壹級結構，為廣泛、深入地研究tRNA的高級結構奠定了基礎。
1967年：Gellert發現了DNA連接酶，該酶將具有相同粘末端或者平末端的DNA片段連接在壹起。同年，Philips及其同事確定了溶菌酶0.2nm分辨率的三維結構。
1970年：Temin和Baltimore幾乎同時發現了反轉錄酶，證實了Temin 1964年提出的“前
病毒假說”。在勞氏肉瘤病毒(RSV)感染以後，首先產生的是含有RNA病毒基因組全部遺傳信息的DNA前病毒，子代病毒的RNA是以前病毒的DNA為模板進行合成的。反轉錄酶已成為目前分子生物學研究中的壹個重要工具。
1972年～1973年：重組DNA時代到來。Berg、Boyer和Cohen等創建了DNA克隆化技術，在體外構建成具有生物學功能的細菌質粒，開創了基因工程新紀元。與此同時，Singer和Nicolson提出生物膜結構的液態鑲嵌模型。
1975年：Southern發明了凝膠電泳分離DNA片段的印跡法；Gruustein和Hogness建立了克隆特定基因的新方法；O'Farrell發明了雙向電泳分析蛋白質的方法，為分子生物學的深入發展創造了重要的技術條件；Blobel等報導了信號肽。
1976年：Bishop和Varmus發現動物腫瘤病毒的癌基因來源於細胞基因(即原癌基因)。
1977年：Berget等發現了“斷裂”基因；Sanger、Maxam和Gilbert創立了“酶法”“化學法”測定DNA序列的方法，標誌著分子生物學研究新時代的到來。
1979年：Solomon和Bodmer最先提出至少200個限制性片段長度多態性(RFLP)可作為連接人整個基因組圖譜之基礎。
1980年：Wigler等通過與某個選擇性標誌物***感染，從而把非選擇性基因導入哺乳動物細胞；Cohen和Boyer獲得壹項克隆技術的美國專利。
1981年：Cech等發現四膜蟲26S rRNA前體的自我剪接作用，隨後又證明前體中的居間序列(intervening sequence，IVS)有五種酶的活力。幾乎在同時，Altman從純化的RNase P中，證明催化tRNA前體成熟的催化劑是RNase P中的RNA。具有催化作用RNA(ribozyme)的發現，促進了RNA研究的飛速發展。
1982年：Prusiner等在感染搔癢病的倉鼠腦中發現了朊病毒(prion)。
1983年：Herrera-Estrella等用Ti質粒作為轉基因載體轉化植物細胞獲得成功。
1984年：McGinnis等發現果蠅、非洲爪蟾等同源異形基因中的同源異形盒(homeobox)的
核苷酸序列；Schwartz和Cantor發明了脈沖梯度凝膠電泳法；Simons和Kleckner等發現了反義RNA。
1985年：Saiki等發明了聚合酶鏈式反應(PCR)；Sinsheimer首先提出人類基因組圖譜制
作計劃的設想；Smith等報導了DNA測序中應用熒光標記取代同位素標記的方法；Miller等發現DNA結合蛋白的鋅指結構。
1986年：Dryja等發現成視網膜細胞瘤(Rb)基因是壹種抑癌基因；Robin等采用X-光晶相學，證實了DNA結合蛋白的螺旋-轉角-螺旋結構。
1987年：Mirkin等在酸性溶液的質粒中發現三鏈DNA；Burke等用酵母人工染色體(YAC)作載體克隆了大片段DNA；Hoffman等確定了Dnchenne肌肉萎縮病竈的蛋白產物是萎縮素(dystrophin)；Hooper等和Kuehn等分別用胚基細胞進行哺乳動物胚的轉基因操作，取得重大進展。
1988年：Landsehalz等在對CyC3(細胞色素C基因調節蛋白)、癌基因產物(MyC、V-jun、V-fos)和CBP(CCAAT盒結合蛋白)的研究過程中，發現了結合區亮氨酸序列的周期性，提出DNA結合蛋白的亮氨酸拉鏈結構模型；同年，Whyfe等證明癌的發生是癌基因的激活和抑癌基因失活的結果。
1989年：Greider等首先在纖毛原生動物中發現了端粒酶(telomerase)是以內源性RNA為模板的反轉錄酶；Hiatt等首次報導了在植物中亦可產生單克隆抗體。
1990年：人類基因組計劃(HGP)全面正式啟動；Simpson等發現了對mRNA前體編輯起指導作用的小分子RNA(guide RNA)；Sinclair等在人類Y染色體上發現了新的性別決定基因-SRY基因。
1991年：由歐洲***同體(EC)組織17個國家35個實驗室的147位科學家，以手工測序為主要手段，首先完成了第壹條完整染色體(酵母3號染色體)的315kb的測序工作；Hake等首次報導在植物中發現含有同源異形盒基因；Blackburn等提出調節聚合序列[通式為(T/A)mGn，m＝124，n＝1~8]的單鏈DNA可形成分子內或分子間的四螺旋結構，起著穩定染色體的作用。
1993年：Jurnak等在研究果膠酸裂解酶時，發現壹種新的蛋白質結構-平行B螺旋(parallel B helix)；Yuan等在哺乳類細胞內發現壹種參與調節細胞雕亡並具有剪切作用的蛋白質-IL-1B轉換酶(interlukin-1B-convertingenzyme，ICE)。
1994年：日本科學家在((Nature Genetics》上發表了水稻基因組遺傳圖；Wilson等用3年
時間完成了線蟲(Celegans)3號染色體連續的2.2Mb的測定，預示著百萬堿基規模的DNA序列測定時代的到來。
1995年：Cuenoud等發現了具有酶活性的DNA；Tu等在E.coli中發現了具有轉運與信使雙功能的RNA-10 Sa RNA。
1996年：Lee等首次報導了酵母轉錄因子GCN4中的氨基酸片段能自動催化合成自我復制的肽；洪國藩等采用“指紋-錨標”戰略構建了高分辨率的水稻基因組物理圖譜，DNA片段的長度為120kb；Goffeau等完成了酵母基因組DNA全序列(1.25X10 7bp)的測定。
1997年：Wilmut等首次不經過受精，用成年母羊體細胞的遺傳物質，成功地獲得克隆羊-多莉(Dolly)；Willard等首次構建了人染色體(HACs)；Salishury等發現DNA壹種新的結構形式-四顯性組合，這可能是基因交換期間DNA聯結的壹種方式。
1998年：Renard等用體細胞操作獲得克隆牛-Marguerife，再次證明從體細胞可克隆出遺傳上完全相同的哺乳動物；GeneBank公布了最新人的“基因圖譜98'’，代表了30181條基因定位的信息；Venter對人類基因組計劃提出新的戰略-全基因組隨機測序，毛細管電泳測序儀啟動。
從以上所述分子生物學的發展中，可以看出20世紀是以核酸的研究為核心，帶動著分子生物學向縱深發展。50年代的雙螺旋結構，60年代的操縱子學說，70年代的DNA重組，80年代的PCR技術，90年代的DNA測序都具有裏程碑的意義，將生命科學帶向壹個由宏觀到微觀再到宏觀，由分析到綜合的時代。