微生物学的研究对象是各类微小生物。微生物学(microbiology)是研究微生物及其生命活动规律的科学。在一定条件下，各类微生物的形态结构、生理生化、遗传变异及其进化、分类等生命活动以及与其他生物之间、与外界环境理化因素之间的相互关系，都表现出一定的规律性。微生物学的任务，就是揭示微生物生命活动的规律，更好地发掘、利用和保护有益微生物，控制和改造有害微生物，为人类社会做贡献。
长期以来，人类与微生物朝夕相处，密不可分。在没有发明显微镜、没有看到微小生物的个体前，古代劳动人民就已经在生活生产中积累了丰富的利用微生物的经验。
人类很早就知道，采摘后的野果存放一段时间后会有酒味，进入定居的农业社会后不久，人类即开始利用剩余的谷物酿酒。原始人的啤酒生产，大约在9000年前就已开始了，我国先民酿酒的历史可以追溯到七、八千年前的新石器文化时代。我国酱油、食醋和酱腌菜的生产历史约有3000多年，盐腌、糖渍、烟熏、风干等保存食物的方法，就是防止食物因微生物生长繁殖而腐烂变质的有效措施。
在利用食用、药用真菌方面，我国劳动人民也做出了许多创造性发明。我国早在周朝书籍之中就记载了菌类的历史。据《神农本草经》记载，经常食用某些菇类，可以“轻身不老延年”；宋代以来，茯苓已作为一种土特产远销海外。
远在公元前五世纪，我国名医扁鹊主张传染病应防重于治。公元前556年，就已经知道驱逐狂犬是预防传染病的有效方法。公元二世纪，张仲景提出“禁食病死的兽肉和不清洁的食物”。这一时期人们对微生物是“知其然不知其所以然”，对微生物还没有具体的认识。
人的肉眼分辨率最小只能达到0.1 mm，而微生物一般都远远小于0.1 mm。长期以来，由于受技术条件的限制，人们难于观察到微生物的个体。技术进步往往对科学的发展产生巨大的推动作用。
直到17世纪中期荷兰商人安东·列文虎克（Antony van Leeuwenhoek，1632～1723）才用自制的单透镜显微镜第一次观察到细菌，他当时称之为“微动物（animal-clues）”，这一事件标志着微生物学的诞生。他虽然不是一个专业的微生物研究者，但对科学知识有着浓厚的兴趣。他用上等玻璃磨制出一个直径只有3mm，却能将物体放大200倍的镜片。他利用自制显微镜观察血液、黄油、腐败物等物质，于1675年第一次观察到原生动物。列文虎克一生致力于观察、研究和描述微生物，共发表论文420篇，其中《列文虎克发现的自然界的秘密》是人类关于微生物研究的最早专著。由于他的划时代贡献，1680年被选为英国皇家学会会员。
今天，人们把列文虎克看成是微生物学的开山鼻祖，他所揭示的多姿多彩的微生物世界吸引着世界各国学者去研究、探索，推动了微生物学的建立和发展。在随后的三百多年里，显微镜的制造技术不断提高，对微小生命体的探索界限不断延伸。
列文虎克发现微生物世界的200多年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895）和德国的柯赫（Robert Koch，1843-1910）为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究，揭露了人类疾病和腐败发酵的原因，开辟了医学和工业微生物分类学科。巴斯德和柯赫被公认为微生物学的奠基人。