Antibiotika har blitt brukt i årtusener for å behandle infeksjoner, selv om folk frem til forrige århundre ikke visste at infeksjonene var forårsaket av bakterier. Ulike former og planteekstrakter ble brukt til å behandle infeksjoner av noen av de tidligste sivilisasjonene – de gamle egypterne påførte for eksempel muggent brød på infiserte sår. Frem til 1900-tallet var infeksjoner som vi nå anser som enkle å behandle – som lungebetennelse og diaré – som er forårsaket av bakterier, den viktigste årsaken til menneskelig død i den utviklede verden.
Det var ikke Før sent på 1800-tallet begynte forskere å observere antibakterielle kjemikalier i aksjon. Paul Ehrlich, en tysk lege, bemerket at visse kjemiske fargestoffer farget noen bakterieceller, men ikke andre. Han konkluderte med at det ifølge dette prinsippet må være mulig å lage stoffer som kan drepe visse bakterier selektivt uten å skade andre celler. I 1909 oppdaget han at et kjemikalie kalt arsphenamine var en effektiv behandling for syfilis. Dette ble det første moderne antibiotikumet, selv om Ehrlich selv refererte til oppdagelsen sin som «cellegift» – bruk av et kjemikalie for å behandle en sykdom. Ordet «antibiotika» ble først brukt over 30 år senere av den ukrainsk-amerikanske oppfinneren og mikrobiologen Selman Waksman, som i løpet av sin levetid oppdaget over 20 antibiotika.
Alexander Fleming var, ser det ut til, litt uorden i arbeidet sitt og oppdaget ved et uhell penicillin. Da han kom tilbake fra en ferie i Suffolk i 1928, la han merke til at en sopp, Penicillium notatum, hadde forurenset en kulturplate med Staphylococcus-bakterier som han ved et uhell hadde avdekket. Soppen hadde skapt bakteriefrie soner hvor den vokste på platen. Fleming isolerte og vokste formen i ren kultur. Han fant ut at P. notatum viste seg å være ekstremt effektiv, selv i svært lave konsentrasjoner, og forhindret Staphylococcus-vekst selv når den ble fortynnet 800 ganger, og var mindre giftig enn desinfeksjonsmidlene som ble brukt den gangen.
Etter tidlige studier med behandling av menneskelige sår. , samarbeid med britiske farmasøytiske selskaper sørget for at masseproduksjon av penicillin (antibiotikakjemikaliet produsert av P. notatum) var mulig. Etter en brann i Boston, Massachusetts, USA, hvor nesten 500 mennesker døde, mottok mange overlevende hudtransplantater som kan være infisert av Staphylococcus. Behandling med penicillin var enormt vellykket, og den amerikanske regjeringen begynte å støtte masseproduksjonen av stoffet. Innen D-dagen i 1944 ble penicillin mye brukt til å behandle tropper for infeksjoner både i felt og på sykehus i hele Europa. Mot slutten av andre verdenskrig fikk penicillin kallenavnet «det vidunderlige stoffet» og hadde reddet mange liv.
Forskere i Oxford var medvirkende til å utvikle masseproduksjonsprosessen, og Howard Florey og Ernst Chain delte 1945 Nobelpris i medisin med Alexander Fleming for deres rolle i å lage det første masseproduserte antibiotikumet.