Вивчення клітини пов'язано з відкриттям і використанням мікроскопа і поліпшенням техніки микроскопирования. Сама клітина, точніше клітинна оболонка, була відкрита в XVII столітті англійським фізиком Р. Гуком. Розглядаючи під мікроскопом тонкий зріз пробки, Гук виявив, що вона складається з осередків, розділених перегородками. Ці осередки він назвав клітинами.
Довгий час головною частиною клітини вважали її оболонку. Н. Грюі М. Мальпігі (1671), вивчаючи анатомію рослин, також виявили найдрібніші осередки, звані кліткою. Вперше під мікроскопом деякі клітини тваринних організмів розглянув А. Левенгук (1 674). Однак рівень знань про клітину, досягнутий в XVII в. істотно не змінювався до початку XIX в. І лише через 200 років стало ясно: головне в клітині - НЕ стейка, а внутрішній вміст. Надалі, у міру вдосконалення мікроскопа і техніки микроскопирования накопичувалися і відомості про клітини тварин і рослин. На їх основі складалися уявлення про клітинної організації всього органічного світу. У 1883 р англійський ботанік Роберт Браун показав, що обов'язковим компонентом клітини є ядро.
Спираючись на ці дані і власні дослідження, німецький ботанік М. Шлейден зробив важливий висновок про клітинної організації рослин. Зоолог Т. Шванн на основі досліджень зоологічних об'єктів і даних його попередників в 1838 р затвердив найважливіше досягнення теоретичної біології: клітина є елементарною одиницею будови і розвитку всіх рослинних і тваринних організмів. Згодом клітинна теорія була багаторазово перевірена і доповнена багатьма новими фактами.
Німецький лікар Р. Вірхов довів, що поза тіток немає життя, що головна складова частина клітини - ядро. Академік Російської АН Карл Бер відкрив яйцеклітину ссавців і встановив, що всі організми починають свій розвиток з однієї клітини. Відкриття К. Бера засвідчило, що клітина не тільки одиниця будови, але і одиниця розвитку всіх живих організмів.
Подальше вдосконалення мікроскопічної техніки, створення електронного мікроскопа і методів молекулярної біології дозволили глибше проникнути в вивчення клітини, пізнати її складну структуру і різноманіття протікають в ній біохімічних процесів.
В даний час основні положення клітинної теорії формулюються наступним чином:
- клітина є структурою і функціональної одиницею, а також одиницею розвитку всіх живих організмів;
- клітці притаманне мембранне будова;
- ядро - головна складова частина клітини;
- клітини розмножуються тільки розподілом;
- клітинну будову - свідоцтво того, що рослини і тварини мають спільне походження.
З клітинної теорією тісно пов'язане виникнення і розвиток цитології (від грец. «Цітос» - клітина) - науки про будову, склад і функції клітини; цитогенетики - науки про передачу спадковості на клітинному рівні.
Наступні успіхи цитології і цитогенетики також були пов'язані з методами дослідження: використанням світлового мікроскопа і методу фарбування цитологічних препаратів, фіксування за допомогою окремих речовин (спирту, формаліну), а також заморожування, висушування. Великим кроком вперед виявилося винахід в 30-х роках нашого століття електронного мікроскопа (В. Заворикін) і фазовоконтрастного мікроскопа (Ф. Зерніке). Збільшення в 100 000 і більше разів, яке здатний давати електронний мікроскоп, дозволяє побачити найдрібніші деталі будови клітинних органоїдів. Сучасні досягнення цитології пов'язані з використанням фізичних (метод мічених атомів) і хімічних методів.