細胞長什麼樣？在顯微鏡發明之前，人們從來沒聽說過 “細胞”，更不用說親眼目睹細胞了。
直到 300 多年前，英國人羅伯特·胡克成功製造出了能看到微小物體的顯微鏡。當他用這台顯微鏡觀察用鋒利刀片削成的極薄軟木片時，被眼前的景象吸引住了：軟木片上密密麻麻排滿小小的 “空房間”，如同做工精良的蜂巢。他將這些 “小房間” 命名為 “cell”，中文譯名為 “細胞”。不過胡克看到的只是植物細胞壁圍成的空洞，內部細胞質早已消失。
同為英國人的格魯，進一步藉助顯微鏡仔細觀察植物薄片，繪製了一百多幅細胞觀察圖。也是他發現，細胞並非空無一物的空腔，內部充滿汁液;細胞之間也不是互不關聯的鬆散個體，彼此緊密貼合，結構十分精密。
可惜在羅伯特·胡克發現細胞後的一百五十年裡，受限於落後的顯微鏡製作工藝，人類始終沒能深入了解細胞。
直到 1839 年，捷克斯洛伐克組織學家浦肯野把填滿細胞的膠狀液體命名為原生質。但這個名稱沒有得到同期學者認可，直至 19 世紀中葉，德國植物學家莫爾採納該術語，用原生質統稱各類細胞內部物質。自此，細胞壁以內的全部內容物統一被叫作原生質。
儘管細胞大小不一、形態千差萬別，卻存在共通的基礎構造。所有真核細胞大體結構相近：最外層是細胞膜，植物細胞的細胞膜外側還多一層細胞壁;細胞膜內部是細胞質，細胞中央為細胞核;細胞質中分布著多種具備專屬功能的細胞器，分別負責養料分解、合成、吸收、排泄等生命活動。
細胞核由英國植物學家布朗在 1831 年發現。它是一團質地緻密的小球，大多位於細胞中央，外形呈圓形或卵圓形;核外包裹一層核膜，膜上存在小孔，能夠和外部細胞質互通物質。
1879 年，德國細胞學家弗來明利用紅色染料，讓細胞核內細小顆粒顯色，他把這類核內物質稱作染色質。1882 年，弗來明又觀察到細胞分裂時，染色質會收縮成細長絲狀;1888 年，德國解剖學家瓦爾德爾將濃縮成棒狀的染色質命名為染色體，也就是說，染色體本質是摺疊濃縮後的染色質。