Биотехнология ведет свое начало с древнейших времен. Уже в Ветхом завете Библии упоминаются вино и так называемый «квасной хлеб», при приготовлении которых применялась дрожжевая закваска (впрочем, без отчетливого знания микробиологического характера этого агента).

История становления биотехнологии может быть подразделена на пять основных этапов (периодов), которые вследствие их важности для развития биотехнологии иногда не совсем строго называют «эрами».

1. Допастеровская эра (до 1865 г.). В этот период биотехнологическими методами получали пиво, вино, сыр, хлеб, йогурт, кефир, разного рода ферментированную пищу.

2. Пастеровская эра (1865–1940 гг.). Стали известны микроорганизмы-продуценты, и это позволило создать производства этанола, бутанола, ацетона, глицерина, лимонной кислоты, многих вакцин, организовать процессы биологической очистки стоков аэробными микроорганизмами.

3. Эра антибиотиков (1940–1960 гг.). Были открыты пенициллин, стрептомицин и многие другие антибиотики, разработана технология культивирования клеток животных и получение вирусных вакцин, технология биотрансформации стероидных гормонов.

4. Постантибиотическая эра (1960–1975 гг.). Созданы технологии аминокислот, микробиологического белка на парафинах нефти, ферментов, используемых в стиральных порошках. Разработана технология иммобилизации ферментов (закрепления их на носителях) для получения глюкозо-фруктозных сиропов. К аэробной обработке стоков добавилась анаэробная обработка твердых отходов с получением биогаза. Открыт микробиологический способ получения полисахаридов (начиная от ксантана для увеличения вязкости раствора нефтяных скважин до жевательной резинки). В этот период стали серьезно говорить о газохоле и вообще о техническом спирте как топливе для автомобилей.

Созданы микробиологические технологии витаминов B₂ и B₁₂, а также микопротеина – мицелиального микроскопического гриба, используемого как заменитель мяса. Ученые научились культивировать изолированные растительные клетки, что положило начало биотехнологическому производству многих ценных лекарственных веществ с использованием огромного потенциала лекарственных растений. К этому же периоду относится зарождение биометаллургии – бактериального выщелачивания меди и цинка из руд.

5. Эра новой биотехнологии (после 1975 г.). Характеризуется разработкой генной инженерии, которая позволяет целенаправленно изменять геном микроорганизмов, переносить в него свойства, заимствованные из геномов растений и животных. Это позволило создать микробиологическую технологию человеческого инсулина, интерферона, соматотропного и ростовых гормонов и многого другого.

Создана гибридомная технология, позволяющая получать моноклональные антитела, являющиеся основой для огромного разнообразия диагностических препаратов. Появились так называемые «трансгенные» растения и животные, в которых осуществлялось целенаправленное конструирование генома.

Разработанные основы биотехнологических производств дают возможность уже сейчас получать большое число продуктов с помощью биотехнологии, и эта область стремительно расширяется.