微生物學是對微生物的科學研究，這些微生物是單細胞的 （單細胞）、多細胞（細胞集落）或無細胞（缺乏細胞）。微生物學包括許多子學科，包括病毒學、細菌學、原生生物學、真菌學、免疫學和寄生蟲學。

真核微生物擁有膜結合的細胞器，包括真菌和原生生物，而原核生物——所有這些都是微生物——通常被歸類為缺乏膜結合的細胞器，包括細菌和古細菌。 微生物學家傳統上依賴培養、染色和顯微鏡檢查。 然而，只有不到 1% 的常見環境中存在的微生物可以使用當前方法進行隔離培養。 微生物學家通常依賴分子生物學工具，例如基于 DNA 序列的鑒定，例如用于細菌鑒定的 16S rRNA 基因序列。

病毒被不同地歸類為生物體，因為它們被認為是非常簡單的微生物或非常復雜的分子。 從未被視為微生物的朊病毒已被病毒學家研究，然而，由于追蹤到它們的臨床效果最初被推測是由慢性病毒感染引起的，病毒學家進行了搜索——發現了感染性蛋白質。

在首次觀察到微生物之前的許多世紀，例如印度的耆那教徒和古羅馬的 Marcus Terentius Varro 就預測了微生物的存在。羅伯特·胡克 (Robert Hooke) 于 1666 年對霉菌的子實體進行了xxx次有記錄的顯微鏡觀察，但耶穌會牧師阿塔納修斯·基歇爾 (Athanasius Kircher) 可能是xxx個看到微生物的人，他提到在 1658 年觀察到牛奶和腐爛的物質。安東尼·范·列文虎克 (Antonie van Leeuwenhoek) 被認為 微生物學之父，他在 1670 年代使用他自己設計的簡單顯微鏡觀察和試驗微生物。科學微生物學在 19 世紀通過路易斯巴斯德和醫學微生物學羅伯特科赫的工作得到發展。

微生物的存在在它們被實際發現之前被假設了很多個世紀。 早在公元前 6 世紀（公元前 599 年 - 公元前 527 年），基于馬哈維亞教義的耆那教就假設了看不見的微生物生命的存在。 保羅·鄧達斯 (Paul Dundas) 指出，馬哈維亞 (Mahavira) 斷言存在生活在地球、水、空氣和火中的看不見的微生物。羅馬人馬庫斯·特倫蒂烏斯·瓦羅 (Marcus Terentius Varro) 警告不要在沼澤附近建宅基地時提到了微生物，因為那里滋生著某些肉眼看不見的微小生物，它們漂浮在空氣中并通過口鼻進入人體從而引發嚴重的疾病。

波斯科學家假設微生物的存在，例如 Avicenna 在他的《醫學經典》一書中，Ibn Zuhr（也稱為 Avenzoar）發現了疥螨，Al-Razi 在他的《美德生活》一書中給出了已知最早的天花描述 。

1546年，Girolamo Fracastoro提出流行病是由可轉移的種子狀實體引起的，這些實體可以通過直接或間接接觸或車輛傳播傳播感染。

1676 年，大半生生活在荷蘭代爾夫特的安東尼·范·列文虎克 (Antonie van Leeuwenhoek) 使用自己設計的單透鏡顯微鏡觀察了細菌和其他微生物。他被認為是微生物學之父，因為他使用自己設計的簡單單透鏡顯微鏡。 范·列文虎克經常被認為是xxx個觀察微生物的人，而羅伯特·胡克 (Robert Hooke) 則在 1665 年對霉菌的子實體進行了xxx次有記錄的顯微鏡觀察。然而，有人認為，一位名叫阿塔納修斯·基歇爾 (Athanasius Kircher) 的耶穌會牧師是xxx個對霉菌子實體進行觀察的人 觀察微生物。

Kircher 是最早為投影目的設計魔燈的人之一，因此他一定非常熟悉透鏡的特性。他寫了關于 1646 年用顯微鏡觀察的自然界事物的奇妙結構，指出誰會相信醋和牛奶中充滿了無數的蠕蟲。他還指出，腐爛的材料充滿了無數的蠕動微生物。他于 1658 年發表了他的 Scrutinium Pestis（瘟疫檢查），正確地指出這種疾病是由微生物引起的，盡管他看到的很可能是紅細胞或白細胞，而不是鼠疫病原體本身。

細菌學領域（后來成為微生物學的一個分支學科）由 Ferdinand Cohn 于 19 世紀創立，他是一位研究藻類和光合作用的植物學家。