1665年，英国人罗伯特·虎克用自己制造的显微镜观察软木片，发现有许多小孔，状如蜂窝，他便称之为细胞(细胞的英文名cell，原意是小房间)。细胞里还有什么?罗伯特·胡克没有进一步说明，只是十分简单地说其中还有空气或液汁。现在知道，虎克在软木组织中看到的仅仅是死细胞的细胞壁。以后，许多学者在不同的生物体中都重复看到细胞。植物有细胞，动物也有细胞。但这些学者同样没有注意到细胞内含物是些什么东西。1831年，罗伯特·布朗从兰科植物的叶片表皮细胞中发现了细胞核。1835年，有人在低等动物根足虫和多孔虫的细胞中发现细胞的内含物细胞质。这样，细胞基本结构和形态逐渐为人所知。
　　较早认识到细胞是植物的结构单位的，是德国植物学家特雷维拉努斯和冯·莫尔。特雷维拉努斯在对植物进行大量的显微解剖中，发现在植物的机体内，确实存在奥肯所说的那种“原胞”，也就是植物细胞。通过对各种植物细胞的不断观察，他认识到细胞确实是植物机体的基本结构单位。
　　冯·莫尔在对植物的显微解剖中，与特雷维拉努斯几乎同时发现了植物细胞，也提出了细胞是植物的基本结构单位的思想。
　　在显微解剖中，科学家们所用的显微镜都有一定的色差现象，因此，他们无法看清细胞的纤细结构。到20年代，意大利的阿米西等人制成了改进的消色差显微镜，使人们得以观察到细胞的详细情况。
　　1831年，英国植物学家布朗用这种消色差显微镜，在观察显花植物的细胞时，发现每一个细胞中都有一个细胞核。这是对细胞；内部结构的首次发现。布朗在同年发表了关于这个发现的论文。
　　1835年，捷克生物学家普金叶观察到母鸡卵中的胚核，即细胞核。他指出，动物的组织，在胚胎中是由紧密裹在一起的细胞质块组成，这些细胞质块与植物很类似。他在1837年，又发现了神经细胞的核和树突以及小脑皮层的烧瓶形大细胞，并依据观察结果，描述了有机体的构成。
　　动植物细胞的发现和组织学的发展，为细胞学说的建立打下了基础。到30年代末，德国的施莱登和施旺建立了细胞学说。
　　施莱登于1804年出生在德国，在海德堡大学法律系毕业后，从事律师工作。但由于工作不顺利，对生活失去信心，而开枪自杀，侥幸未死，然而额头上留下了永久纪念的疤痕。伤愈后，施莱登放弃律师工作，转攻植物学和医学，获得博士学位，被聘为耶拿大学植物学教授。在对植物进行大量显微解剖的研究中，施莱登对细胞有了比较深刻的认识。1838年，他发表了《植物发生论》一文，建立了第一个较为系统的细胞学说。
　　他认为细胞是一切植物中普遍存在的最基本的活的单位，各种各样的器官组织和独立个体都是由细胞组成的。细胞是一个独立自主的单位，具有两种生命特征，一个生命是它自己的，这是主要的；另一个生命是属于有组织植物结构的部分，这是次要的。两个生命过程都是“形成力量”的表现，这种力量充满整个自然界构成活的生物。
　　施莱登的细胞学说仅限于植物界，把细胞学说扩大到动物界，建立统一的细胞学说的是德国生理解剖学家施旺。
　　1837年10月，施莱登把他对细胞研究未发表的成果告诉了他的好友施旺，这对36岁的施旺很有启发。
　　施旺研究细胞学的特点，是力图把细胞学说和有机体的发育研究或胚胎研究联系起来。在自己多年研究的基础上，1839年，施旺发表了《关于动植物的结构和生长一致性的显微研究》这篇著名论文。这篇论文分为三部分。第十部分描述了在蝌蚪体内脊索和各种不同来源的软骨的结构和生长；第二部分指出了各种不同的动物构成基础都是细胞；第三部分详细阐明了细胞理论。
　　施旺认为：“有机体的基本部分不管怎样不同，总有一个普遍的发育原则，这个原则便是细胞的形成。”一切动物的受精卵都是一个单细胞，无论这些细胞大如鸡蛋或者小如哺乳动物的卵，都是一样的。一切有机体都是以单一细胞开始有生命，并以其他细胞的形成而发育着。施旺指出，动物细胞在所有方面都与植物细胞相似，“细胞是有机体，动植物体都是这些有机体的集合物，它们按照一定的法则而排列在动植物体内”，细胞是所有有机体构造和发育的基础，这就推倒了分割动植物界的巨大屏障，为动物和植物之间架设起一座桥梁。这样，在19世纪30年代末，生物学中的统一的细胞学说就建立起来了。
　　细胞学说的建立，使人们对生命现象的本质开始有所了解，神创论显得荒谬和多余了，无生源说和预成论也不攻自破。细胞学说的建立，对于唯物辩证法的自然观的形成，也起到了直接的推动作用。因此，恩格斯把细胞学说、进化论、能量守恒和转化定律一道誉为19世纪的三大科学成就。
　　当然，细胞学说在建立之初不是十全十美的。施莱登和施旺关于细胞形成机制的解释，特别是关于细胞自由形成的见解还缺乏严格的实验根据。
　　德国植物学家冯·莫尔在显微镜下对细胞的形成和发育过程进行了长期的观察，发现新细胞的形成过程，是伴随着老细胞的分裂来完成的。这一分裂过程是，老细胞的细胞核首先分裂为两个细胞核，然后整个老细胞再分裂为两个新细胞。这就是细胞的有丝分裂过程。莫尔在1839年底发表了这一研究成果。
　　此后，瑞士的格耐里、德国的莱迪希、雷马克等人，相继发现了细胞的分裂过程，证实了莫尔的重要发现，从而否定了关于细胞自由形成的观点。
　　从19世纪70年代以后，随着显微技术、切片设备技术和细胞染色技术的发展，人们对细胞内及核内的构造有了更多的了解。
　　1875年，德国植物学家斯特拉斯伯格在其出版的《细胞组成和细胞分裂》中，非常清楚地阐明了植物细胞分裂时发生的复杂过程。在1879年，德国的弗莱明用染色方法发现了细胞核内的“染色质”以及细胞的有丝分裂。第二年，他又发现了染色体的纵向分裂。
　　这样，细胞学说从19世纪30年代到80年代，经过许多人的努力而逐渐得到了完善。