系統生物學是復雜生物系統的計算和數學分析與建模。 它是一個基于生物學的跨學科研究領域，專注于生物系統內的復雜相互作用，使用整體方法（整體論而不是更傳統的還原論）進行生物學研究。

特別是從 2000 年開始，這一概念已在各種情況下廣泛應用于生物學。 人類基因組計劃是生物學應用系統思維的一個例子，它導致了新的、協作的方式來解決遺傳學生物學領域的問題。 系統生物學的目標之一是模擬和發現涌現的特性，細胞、組織和生物體的特性作為一個系統發揮作用，其理論描述只有使用系統生物學技術才有可能。 這些通常涉及代謝網絡或細胞信號網絡。

系統生物學可以從許多不同的方面來考慮。

作為一個研究領域，特別是研究生物系統各組成部分之間的相互作用，以及這些相互作用如何產生該系統的功能和行為（例如，代謝途徑中的酶和代謝物或心跳 ).

作為一種范式，系統生物學通常被定義為與所謂的還原論范式（生物組織）相對立，盡管它與科學方法是一致的。 這些引文中提到了這兩種范式之間的區別：還原論方法已經成功地識別了大多數組件和許多相互作用，但不幸的是，它沒有提供令人信服的概念或方法來理解系統屬性是如何出現的……多元主義 生物網絡中的因果關系可以通過定量測量同時觀察多個組成部分并通過嚴格的數據與數學模型集成來更好地解決。 (Sauer et al.) 系統生物學......是關于放在一起而不是分開，整合而不是減少。 它要求我們發展出與我們的還原論方案一樣嚴格但又不同的整合思考方式。 ……從字面上看，這意味著改變我們的理念。 （丹尼斯·諾布爾）

作為用于執行研究的一系列操作協議，即由理論、分析或計算模型組成的循環，以提出關于生物系統的特定可測試假設、實驗驗證，然后使用新獲得的細胞或細胞過程的定量描述來改進 計算模型或理論。 由于目標是系統中相互作用的模型，因此最適合系統生物學的實驗技術是那些在系統范圍內并試圖盡可能完整的實驗技術。 因此，轉錄組學、代謝組學、蛋白質組學和高通量技術被用來收集定量數據，用于模型的構建和驗證。

作為動力系統理論在分子生物學中的應用。 事實上，對所研究系統動力學的關注是系統生物學和生物信息學之間的主要概念差異。

作為一種社會科學現象，其定義是使用跨學科工具和人員從不同的實驗來源整合有關生物系統相互作用的復雜數據的策略。

系統生物學作為一個新的科學領域開始于 2000 年左右，當時系統生物學研究所在西雅圖成立，目的是吸引那些認為不會被大學學術環境所吸引的計算類型的人。 該研究所并沒有明確定義這個領域到底是什么：大致將來自不同領域的人聚集在一起，使用計算機以新的方式全面研究生物學。 哈佛醫學院的系統生物學系于 2003 年成立。2006 年，人們預測，這個非常流行的新概念引起的轟動將導致所有主要大學都需要一個系統生物學系，從而可以提供職業 在計算機編程和生物學方面具有一定能力的畢業生。

2006年美國國家科學基金會提出了建立全細胞數學模型的挑戰。 2012 年，紐約西奈山醫學院的 Karr 實驗室實現了xxx個生殖支原體全細胞模型。 全細胞模型能夠預測生殖支原體細胞對基因突變的反應能力。

作為一門獨特的學科，系統生物學的早期先驅可能是由系統理論家 Mihajlo Mesarovic 于 1966 年在俄亥俄州克利夫蘭的凱斯理工學院舉辦的名為系統理論與生物學的國際研討會上提出的。 Mesarovic 預測，也許在未來會出現諸如系統生物學之類的東西。