1959年，美国首次报道了可以通过体外受精（IVF）动物。
干细胞的研究开始于20世纪60年代，加拿大科学家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤尔通过对动物临床研究发现并命名了造血干细胞。
20世纪60年代，几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明其来源于胚胎生殖细胞（EG细胞），这一工作确立了胚胎癌细胞（EC细胞）是一种干细胞。
1968年，爱德公地兹和伯维斯特在体外获得了第一个人的卵子。
20世纪70年代，胚胎癌细胞被注入小鼠胚泡内产生了杂合小鼠。培养的干细胞（SC细胞）作为了胚胎发育的模型，但是其染色体的数目属于异常。
1978年，第一个试管婴儿——路易斯·布朗在英国诞生。
1981年，科学家埃文、考夫曼和马丁从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠胚胎干细胞。他们建立了小鼠胚胎干细胞体外培养的条件。由这些细胞产生的细胞系有正常的二倍型，像原生殖细胞一样产生三个胚层的衍生物。他们通过实验发现将胚胎干细胞注入小鼠体内，能诱导胚胎干细胞形成畸胎瘤。
1984～1988年，安德鲁斯等人从人睾丸畸胎瘤细胞系中产生出多能的、可鉴定的（克隆化的）细胞，称之为胚胎癌细胞（EC细胞）。克隆的人胚胎癌细胞在视黄酸的作用下分化形成神经元样细胞和其他类型的细胞。
1989年，佩拉等分离了一个人胚胎癌细胞系，此细胞系能产生出三个胚层的组织。这些细胞是非整倍体的（比正常细胞染色体多或少），它们在体外的分化潜能是有限的。
1994年，通过体外授精和病人捐献的人胚泡处于2-原核期。胚泡内细胞群在培养中得以保存，其周边有滋养层细胞聚集，胚胎干细胞的样细胞位于中央。
1998年，美国有两个小组分别培养出了人的多能干细胞。
詹姆斯·汤姆森在威斯康星大学领导的研究小组从人胚胎组织中培养出了胚胎干细胞株，并且证实此株细胞具有全能干细胞特征，此项研究论文发表在1998年11月6日出版的顶级学术期刊《科学》上面。这篇论文标志着一个时代的到来，而汤姆森也被人称作“干细胞研究之父”。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取内细胞团细胞，然后建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面的标记和酶活性，证实它们就是全能干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15～20个干细胞用于培养。
而约翰·吉尔哈特在约翰霍普金斯大学领导的另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后5～9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞。由此培养的细胞株，证实具有全能干细胞的特征。
1999年4月，美国奥西里斯治疗公司的研究人员成功地从成年人的骨髓中分离出了单个的间质干细胞，并用它找到了培育人体骨骼组织的方法。美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）和匹兹堡大学的研究人员最新研究发现，人体脂肪中可以分离出干细胞，这可能为人们治疗一些顽症提供了方法。
2000年，由佩拉和托森邦梭等人领导的新加坡和澳大利亚科学家从治疗不育症的夫妇捐赠的胚泡内细胞群中分离得到人胚胎干细胞。这些细胞体外增殖，保持正常的核型，自发分化形成来源于三个胚层的体细胞系。将其注入具有免疫缺陷的小鼠体内产生了畸胎瘤。
2002年新加坡国立大学医院和中央医院通过脐带血干细胞移植手术，根治了一名因家族遗传而患上严重地中海贫血症的男童，这是世界上第一例移植非亲属脐带血干细胞而使患者痊愈的手术。
2003年，《干细胞》、《医学检验》等杂志较系统地阐述了原始干细胞亚群学说，即原始干细胞亚群在胚胎发育成熟后逐渐丢失部分分化的潜能，然后储存在某些组织器官中，其是机体生命过程中组织的新陈代谢和修复再生所必需的细胞来源。原始干细胞亚群的纯化和扩增将开辟干细胞修复与移植的新途径，避免胚胎干细胞应用的伦理问题和免疫排斥障碍。这一年，科学家还建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法，这为人胚胎干细胞研究提供了新的途径。同时，美国卫生独立研究院华裔科学家施松涛等人首次发现了牙齿间质存在干细胞。
2004年，美国马萨诸塞州高级细胞技术公司报道了克隆小鼠的干细胞可以通过形成细小血管的心肌细胞修复心衰小鼠的心肌损伤。这种克隆细胞比来源于骨髓的成体干细胞的修复作用更快、更有效，它可以取代40%的瘢痕组织和恢复心肌功能。这是首次显示克隆干细胞能在活体动物体内修复受损组织。
2005年科学界出现了干细胞研究领域乃至全球学术界的一大学术丑闻：2004及2005年韩国汉城大学教授黄禹锡有关干细胞研究的论文两次荣登《科学》杂志，结果经各方查证证实其论文数据存在造假现象，2006年《科学》杂志宣布撤回这两篇论文。
2006年，日本科学家山中亚弥等成功诱导出鼠iPS细胞（诱导性多功能干细胞），此项研究成功地将干细胞的研究扩充到一个新的领域：“重编程”！iPS研究好像是回拨的时针一样，它巧妙地避开了胚胎干细胞研究应用带来的伦理道德问题。此后，很大一部分研究干细胞的科学家都将目光聚焦到iPS的研究上面，干细胞的研究迅速繁荣并飞速发展起来。
2007年，iPS研究取得巨大进展：山中亚弥等人和汤姆森带领下的华裔科学家俞君英等人分别在《细胞》及《科学》杂志上发表论文宣布成功利用人类上皮细胞诱导出诱导性多功能干细胞。
2008年，美国科学家宣布在不伤害胚胎的前提下成功获取胚胎干细胞。同年，美国科学家解析了非编码蛋白的RNA片段（microRNAs）在干细胞发育及分化中的调控作用，其为干细胞日后的研究提供了非常重要的参考资料。
2009年1月，汤姆森小组再次独辟奇径，利用重症神经疾病患者的皮肤细胞培养出的iPS细胞重分化为神经细胞后，在试管内成功再现了神经细胞因疾病死亡的过程。2009年2月，德国科学家首次利用单基因调控方法成功诱导iPS细胞。2009年3月，美国科学家在成功诱导iPS细胞后，巧妙地将诱导iPS时带入细胞的基因去除，这大大降低了细胞癌变的风险。
2009年3月，汤姆森和俞君英带领的研究小组在iPS研究方面又迈进一大步。他们利用质粒作为诱导iPS基因的载体进行诱导iPS细胞后，随着细胞分裂丢失质粒，可以得到纯净无外源DNA的iPS细胞，这在iPS细胞应用安全性方面又进一步。
美国新任总统奥巴马上台后解禁了干细胞研究，这无疑是对干细胞发展的巨大推动。在国际上干细胞研究热闹非凡之时，我国干细胞研究也紧随其后，生机勃勃、蓄势待发。
目前，我国干细胞研究也取得了丰硕的成果，干细胞的研究和应用已经取得一些成绩，尤其是造血干细胞。
早在20世纪60年代，我国就开始了骨髓移植的研究。目前，我国建立了脐血干细胞库，现已应用于临床。
在20世纪90年代初，中国医学科学院就开始了有关干细胞可塑性的研究，并在国际上报道了肌源性干细胞可以转化为造血干细胞，这实际上早于国际同类研究。目前，我国科学家已从胰腺、骨髓、肝脏、皮肤、骨骼肌和肺等多种人胚胎组织中分离出具有多系分化潜能的原始干细胞，其具有向成骨、软骨、脂肪、肌肉和神经分化的能力。
这一发现具有极其重要的临床应用前景，《干细胞》杂志不仅全文发表，而且为了突出该文章的重要性，在2003年10月份杂志的封面提前发表了相关的图片。
中国医学科学院组织工程研究中心在国际上，还首次直接证明了成体骨髓干细胞在体内可以分化成皮肤干细胞及皮肤组织，从而为损伤后的皮肤再生提供了新途径。
上海第二医科大学建立了人类皮肤细胞与家兔卵细胞种间融合的方法，这为人类胚胎干细胞的研究提供了新途径。
中南大学湘雅医学院人类生殖工程研究中心采用人类成纤维细胞作为饲养层，建立了在人饲养细胞层上培养人类胚胎干细胞的培养体系。目前，人类胚胎干细胞已经在这个培养系统中成功传代。这一结果为课题组最终建立无动物细胞接触的培养系统提供了有利的技术平台。
在2003年11月14日的《科学》杂志上，中国科学家周琪领衔的中法联合研究小组成功克隆大鼠的报告占据了头条位置。克隆大鼠的研究远远早于“多莉”羊，其被公认为动物克隆领域的难点。这次中法科学家成功克隆大鼠在世界上还是第一例，它也是自“多莉”羊诞生后人类创造的第8种体细胞克隆动物。
2009年4月，我国上海交通大学吴际教授等人在国际上首次分离出生殖干细胞，并培养得到能长期自我更新的生殖干细胞株。
毋庸置疑，当今的生物学研究是干细胞时代。无论从基础理论研究还是临床医学应用乃至商业服务，干细胞当之无愧是最热门的关键词。