En 1665, Robert Hook descubrió muchas "pequeñas cámaras" que denominó "celluae" observando láminas de corcho a través de un microscopio de fabricación propia. En realidad, lo que vio no eran células vivas, sino células del xilema de plantas muertas.
En 1667, el científico holandés Leeuwenhoek observó un ciliado vivo a través de su microscopio de fabricación propia, que fue la primera vez que el ser humano observó una célula viva. Debido a que la biología celular era todavía un tema novedoso en aquella época y a su secretismo sobre las técnicas microscópicas, nadie sucedió a su trabajo hasta más de 100 años después de su muerte.
Carl Linnaeus propuso la nomenclatura binomial y la clasificación linneana en el siglo XVIII. Clasificó casi todos los organismos conocidos en su época según sus características, y todos ellos recibieron un nombre único, poniendo fin al caos de la clasificación y la nomenclatura biológicas.
El microscopio óptico fue propiedad de unos pocos hasta el siglo XIX, cuando se popularizó y más gente empezó a estudiar las células. En 1838-1839, Schleiden y Schwann concluyeron que tanto los animales como las plantas están compuestos por células tras resumir las investigaciones anteriores. En 1858, Rudolf Virchow resumió el trabajo de sus predecesores para señalar que todas las células procedían de células. El establecimiento de la teoría celular rompió las barreras entre lo vegetal y lo animal y permitió investigar la vida con una visión más unificada.
Durante los 100 años que transcurrieron desde mediados del siglo XIX hasta mediados del siglo XX, las células se estudiaron mediante microscopía óptica y secciones teñidas. Se observaron la membrana celular, el protoplasma, el núcleo y diversos orgánulos. Durante este periodo también se descubrieron la amitosis, la mitosis y la meiosis. El estudio de las células no se limitó a la observación microscópica, también se incorporaron a la biología la manipulación experimental y las técnicas de cultivo in vitro. Los seres humanos pueden regular parcialmente la actividad vital de las células en función de su finalidad.
Hertwig observó la fecundación de células animales en 1876. Después se descubrieron la fecundación de las plantas y el fenómeno de que las células germinales sólo tenían la mitad del número de cromosomas. La ley genética descubierta por G. Mendel 34 años antes volvió a llamar la atención en 1900. La gente empezó a darse cuenta de que los cromosomas y los rasgos genéticos estaban relacionados de algún modo. En 1910, tras años de investigación con moscas de la fruta, Morgan llegó a la conclusión de que los genes que determinan los rasgos genéticos estaban localizados en los cromosomas. La teoría clásica de los genes describía la biología desde una nueva perspectiva y fue el preludio de la biología molecular.
En 1953, Watson y Crick descubrieron la estructura de doble hélice del ADN basándose en la imagen de difracción de los rayos X. A continuación propusieron el dogma central de la biología, marcando el nacimiento de una disciplina emergente: la biología molecular.