19世纪初，生物学家为回答神经系统的发生和神经轴突是如何形成的，便开始尝试了神经组织的体外培养，但多不成功。1885年德国学者Wilhelm Roux用温生理盐水培养鸡胚神经板组织达数日，而且首次采用“组织培养”这一概念，这是组织培养的萌芽。1898年Liunggren将人体皮肤保存在腹水中几日至几周后，再用来作移植手术并获得成功。Jolly于1903年将蝾螈的白细胞输注入生理盐水或血清中培养，并观察到活细胞的游走及分裂。Beebe等于1906年用动物血清培养犬传染性淋巴瘤细胞达3天。这些尝试为以后细胞培养的建立奠定了基础。

Russ Granville Harrison为细胞培养作出重要贡献，他于1906年用成体蛙新鲜淋巴液培养蛙胚神经组织近4周，从此标志着组织细胞体外培养的基本模式的建立，他首次成功地在体外培养基（凝结的淋巴）中培养了神经元，有力地证实了原始的胚胎神经元或成神经细胞的胞质向外突起而形成轴突，并不断延伸的假说，结束了从20世纪以来关于神经轴突形成理论的那场争论。而且他在实验中设计出哈里森悬滴培养法，并总结了一整套合理的无菌操作技术。故一般公认哈里森为“组织培养之父”。

美国医生M.T.Burrows和Alexis Carrel合作在哈里森实验的基础上，于1910年用血浆或用组织匀浆液与血浆混合液代替淋巴成功地培养了狗、猫、小鼠、豚鼠，以至恶性细胞的外植物。外科医生Carrel具有良好的无菌技术，用他发明的卡氏瓶（Carrel flask）将一鸡胚的心肌组织经过换液和不断传代的方法，持续培养长达34年之久。这些创造性的工作揭示离体动物组织在合适条件下，具有近于无限生长繁殖的能力。此后，美国学者W.H.Lewis和M.R.Lewis等开始创用已知成分的人工合成培养基取代血浆和胚胎提取液等天然培养基的培养方法，到20世纪50年代，Maitland, Enders等将组织培养技术用于病毒学实验，使病毒的分离培养更加简化与成功，为建立脊髓灰质炎的计划免疫，大规模制备和开发减毒活疫苗作出极大的贡献。Earle等建立了小鼠成纤维细胞L株，并进行了克隆化，他设计的Earle液仍应用于细胞培养中。而Dulbecco和Moscona等创用胰蛋白酶消化组织、分散单个细胞，并用液体培养基获得了单层细胞培养，确定了真正意义上的细胞（克隆）培养法，推动了细胞培养技术的发展。接着Puck等就成功地进行了细胞克隆培养。Eagle等在细胞培养技术及培养基的开发研究上作出巨大贡献，Eagle培养液至今是主要的培养基，并衍生出许多种类，应用于各种培养细胞。在其后的30年里，人工合成培养基大量地减少了天然培养基的比重，甚至出现了用纯合成的已知成分培养细胞的方法，即无血清培养基（serum-free medium）培养法。

从20世纪40年代，青霉素和链霉素等相继问世，并被引人细胞培养过程，有助于常规地保持培养基无菌和减少污染，使细胞培养成为一种广泛应用的实验室技术。50年代末，组织细胞培养技术进人繁盛阶段，无论培养用器皿、培养基和培养方法等方面都有极大的改进，培养细胞在基础研究与应用领域中得到愈来愈广泛的使用，尤其在医学基础学科和临床医学中的研究与应用得到迅速发展。1952年Gey用一位黑人妇女宫颈癌组织建立了一株HeLa细胞的连续细胞系；1961年Hayflick和Moorhead分离出二倍体人胚肺成纤维细胞(WI-38)，已成为制备很多疫苗最主要的宿主；1965年，Harris和Watkins用病毒使人和小鼠的细胞融合，1975年Kohle：和Milstein建立了第一株能分泌单克隆抗体的杂交瘤细胞，使细胞工程进人了一个崭新的阶段。我国也是在此时逐步开展细胞培养技术的，鲍鉴清（1952),唐仲平（1953)、陈瑞铭（1954)、汤飞凡（1957)等学者利用该技术在自己的研究领域中均获成功，为我国和世界的细胞培养技术发展作出贡献。目前，全世界已建立的细胞系有数千种，在许多领域的科研和开发应用中起着极为重要的作用。今天，细胞培养的技术队伍逐渐扩大，该技术已成为实验室常用的研究方法和应用手段，在生物学、医药学、农业、环境保护等方面，成为应用范围极广和利用价值极高的技术。具有临床应用发展前景的干细胞培养（如培养干细胞移植或在体外定向诱导分化后的干细胞移植），组织工程（如组织工程皮肤、骨和软骨缺损的修复），试管婴儿等也都离不开细胞培养技术。细胞培养日益成为生物工程的研究与生产手段。翻过组织细胞培养发展史的一页，随着细胞生物学和细胞培养技术的迅速发展，迎来了细胞生物学的又一分支学科—培养细胞学的诞生。