细胞生物学的历史发展可以追溯到几个关键阶段，这些阶段在研究内容和技术创新上各有显著突破。
第一阶段（16世纪后期-19世纪30年代）是细胞发现的起始，荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作的复式显微镜虽放大倍数有限，但开启了细胞观察的时代。英国人Robert Hooke通过显微镜观察到植物细胞，首次使用"cells"一词描述其结构，标志着细胞学的雏形。
18世纪，Nehemiah Grew出版植物显微图谱，进一步揭示了细胞结构的差异。A. van Leeuwenhoek的显微镜贡献巨大，他观察到活细胞并记录了多种生物，成为细胞观察的先驱。
随着光学显微镜技术的进步，18世纪末至19世纪，Dollond的消色差显微镜和Brewster的油浸物镜改良，使观察精度显著提升。19世纪末，Ernst Abbe的复消差显微镜和油浸物镜的改进标志着普通光学显微镜技术的成熟。
进入20世纪，电子显微镜的诞生引领了细胞生物学的新纪元。1932年，M. Knoll和E. A. F. Ruska描述了电子显微镜，而1940年的商品电镜则实现了分辨率的飞跃。Zernike的相差显微镜在1953年带来进一步的突破，为细胞观察提供了新的视角。
20世纪70年代以后，基因重组技术的兴起，细胞生物学与分子生物学的结合日益紧密，研究重心转向分子结构及其功能。基因调控、信号转导、肿瘤生物学、细胞分化和凋亡等领域成为当代研究的热点。这一阶段的显微镜技术革新和理论融合，使得细胞生物学从微观世界深入到分子层面，极大地推动了生物学领域的进步。
细胞生物学(cell biology)是在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律的一门科学。细胞生物学由Cytology发展而来，Cytology是关于细胞结构与功能(特别是染色体)的研究。现代细胞生物学从显微水平，超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命活动。在我国基础学科发展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科。