Открытие клетки и возможность ее изучения связаны с изобретением микроскопа. Первым наблюдал клетку английский физик Р. Гук (1665). Он исследовал с помощью усовершенствованного им микроскопа срезы пробки, сердцевины бузины, камыша и обнаружил в них наличие «ячеек», или клеток (от лат. cellula - ячейка, клетка). Вскоре открытие Р. Гука подтвердили ботаники М. Мальпиги (1671) и Н. Грю (1671), также наблюдавшие клеточное строение растительных тканей. В 1680 г. голландский оптик А. Левенгук впервые увидел животную клетку (эритроцит) и обнаружил существование одноклеточных организмов.
Совершенствование микроскопов и техники микроскопирования позволило расширить знания о клетке. В XIX в. были обнаружены протоплазма клетки (Пуркинье Я., 1830) и ядро (Броун Р., 1833). В 1838-1839 гг. немецкие ученые ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн обобщили накопившиеся к этому времени сведения о клетке. Они показали, что клетки растительных и животных организмов принципиально сходны, и сформулировали клеточную теорию. Согласно этой теории клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов.
Позднее немецкий врач Р. Вирхов в работе «Клеточная патология» (1858) высказал мысль: «всякая клетка от клетки». В дальнейшем было доказано, что новые клетки образуются только в результате деления уже существующих клеток.
Русский ученый Карл Бэр показал, что развитие всех многоклеточных организмов начинается с одной клетки (яйцеклетки). Следовательно, клетка - также единица развития живых организмов. Более поздние исследования обнаружили сходство химической организации и основных процессов обмена веществ в клетках растительных и животных организмов.
Клеточная теория - одно из крупнейших обобщений XIX в. и по своей значимости приравнивается к открытию закона сохранения энергии и созданию эволюционной теории Ч. Дарвина. Клеточная теория убедительно свидетельствует о единстве живой природы. Она оказала значительное влияние на развитие биологии, эмбриологии, гистологии и других наук.