早在17世纪，显微镜刚刚问世的时候，物理学家胡克就在显微镜下看到软木薄片是由许多蜂窝状的小结构组成的现象。他将这些小结构命名为“细胞”，这是细胞一词的第一次出现。
18世纪，生物的显微研究未取得新的成就，而且生物学家热心关注着的是对分类学的研究，对生物微观方面的实验有所忽视。18世纪末和19世纪初，许多科学家试图在植物界和动物界中寻找结构方面的基本单位。如：德国诗人、生物学家歌德认为植物的叶是一切植物的基本单位。德国自然哲学家奥肯认为：一切生物都是由一种称为“粘液囊泡”的基本单位构成的。到19世纪显微镜的制造技术有了进步，使显微镜的分辨率提高，为考察动、植物的微观结构创造了条件。至19世纪30年代，一些科学家在显微镜下观察到细胞的细胞质、细胞核、细胞壁等结构以及细胞质的运动，而且动物体内也发现了细胞。这一时期的工作为细胞学说的建立创造了条件。
细胞的存在已是众所周知的事实，但人们对它的内部结构和功能以及在生物体中所处的地位还不太清楚。细胞学说最终是由德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden，1804~1881）和动物学家施旺（Theodor Schwann，1810~1882）完成的。
施莱登1804年生于汉堡的一个医生家庭。他早年学的是法律，在汉堡做过一段时间的律师，但他不喜欢这份工作。1833年，他决定改行，在哥廷根大学和柏林大学学习植物学和医生。
在这期间，他对植物学产生了浓厚的兴趣。1837年，施莱登完成了一篇论文，该论文论述了显花植物的胚芽发育史。他强调研究植物学必须摒弃当时的抽象推论方法，而代之以严密的观察，并在观察基础上进行严格的归纳。当时的植物学仍然以研究分类学的工作为主，而施莱登却开始研究植物的结构和植物的发育了。
1838年，施莱登开始研究细胞的形态及其作用。同年他发表了《植物发生论》一文。在论文中，他提出：无论怎样复杂的植物体，都是由细胞组成的，细胞不仅自己是一种独立的生命，而且作为植物体生命的一部分维持着整个植物体的生命。
在1838年10月的一次聚会上，施莱登把还未公开发表的《植物发生论》中对有关植物细胞结构的情况，以及细胞核在细胞发育中的重要作用等方面的认识告诉了同在缪勒实验室工作的施旺，引起了施旺的兴趣。
施旺于1810年生于莱茵河畔的诺伊斯，父亲是一个金匠。施旺中学毕业后去学医，1834年获得博士学位后，成为著名生理学家缪勒的助手。在缪勒的指导下，他对较多的学术领域产生了兴趣。他曾研究过组织学、生理学、动物学、微生物学，并作出了不少贡献。例如，他曾发现胃蛋白酶；他还发现了神经纤维周围的纤维细鞘，后来该纤维细鞘被称为“施旺神经鞘”。
与施莱登的会面，使施旺猛然想起从前在观察蝌蚪背部的神经索细胞和软骨细胞时，发现它们都具有细胞膜、细胞质和细胞核。这时他便意识到，也许在植物体中起着基本作用的细胞，在动物体内也有着相同的作用。施旺对一些特化的组织，如上皮、蹄、羽毛、肌肉组织、神经组织等进行研究，得到的结论是：无论什么组织，尽管它们在功能上是不同的，但它们都是由细胞发育而来或是细胞分化的产物。
1839年，施旺发表了题为“动、植物结构和生长的相似性的显微研究”的论文，指出一切动、植物组织，无论彼此如何不同，均由细胞组成。他写道：“我们已经推倒了分隔动、植物界的巨大屏障，发现了基本结构的统一性。”他认为，所有的细胞无论是植物细胞还是动物细胞，均由细胞膜、细胞质、细胞核组成。
在1838～1839年，施莱登和施旺分别发表了植物细胞和动物细胞基本认识的专著。他们两人取得完全一致的看法，创立了细胞学说（cell theory），即一切植物和动物都是由细胞构成的，细胞是生命的结构和功能的基本单位。
细胞学说一经确立，马上显示出其生命力，大大促进了生物学的发展，十几年里迅速被推广，并日臻完善。细胞学说的提出对生物科学的发展具有重大的意义。恩格斯说：“有了这个发现，有机的有生命的自然产物——比较解剖学、生理学和胚胎学才获得了巩固的基础。”
细胞学说与达尔文的进化论和孟德尔的遗传学被称为现代生物学的三大基石，而实际上可以说细胞学说又是后两者的“基石”。细胞学说在哲学上也具有重要的意义，它使千变万化的生物界通过具有细胞结构这个共同的标准特征而统一起来。同时有力地证明了生物彼此之间存在着亲缘关系，为生物进化理论奠定了基础。恩格斯认为细胞学说的建立是最令人信服地检验了辩证唯物主义的正确性。他把细胞学说、进化论、能量守恒和转化定律列为19世纪的三大科学发现。
此后，在细胞学说的基础上，人们对生物界进行了更深入的研究，发现了细胞的全能性，即任何细胞都具有发育成完整个体的潜在能力。根据这一理论，人们发展了组织培养、克隆技术等高科技的生物技术。
