对人体微生物群的研究属于比较新的科研领域，但其实科学家很早就注意到了微生物群对人体健康的影响。
19世纪末，微生物学兴起，科学家们开始了解微生物与疾病之间的联系，并发现了多种致病的细菌。一些科学家并不局限于识别致病微生物，还探究了非致病性微生物与宿主之间的相互关系。早在1901年。俄罗斯免疫学家梅契尼可夫就提出了利用活微生物（益生菌）增强肠道微生物群以促进健康的可能性。不久之后，美国微生物学家肯德尔开始研究正常的肠道菌群及其维持和繁殖所需的条件。他对猴子的研究显示，饮食结构会影响猴子的健康状况和肠道细菌组成。
20世纪50年代，科学家开始使用无菌生物进行实验，微生物群的研究翻开了新的一页。无菌动物是在无菌环境中饲养和繁殖的，科学家们就可以通过将有意选定的微生物引入无菌动物体内，研究微生物与宿主动物、微生物与微生物之间的相互作用。
美国微生物学家勒内·杜博斯是首批利用无菌动物的科学家之一。他提出，并不是生活在人体内的所有微生物都是有害的，它们都是一个特定生态系统的一部分，一些微生物只有在一定条件下才会导致人类患病。到20世纪60年代中期，杜博斯的团队已经发现了许多不同的肠道细菌。他们的研究显示，肠道中的许多微生物远非研究人员先前所设想的偶然“入侵者”或仅仅是无害的“寄居者”，它们似乎对胃肠道的生理和健康是必不可少的。他们还发现，饮食、压力和抗菌药物对微生物的健康和生长有重要关系，而微生物的健康和生长又对宿主的健康有多重影响。
在微生物学发展的早期，要了解特定环境中的微生物群，必须对每种微生物进行分离培养。20世纪80年代，DNA扩增和测亭技术的出现大大简化了对人类微生物群的研究。到了21世纪，“宏基因组”测序技术出现。这种方法可以測定整个微生物群落的DNA序列，以便研究某一微生物群落中具有特定功能的全部基因。这就将人体微生物群的研究从孤立地研究单一微生物的特性转向研究整个群落结构。
