早在19世纪60年代，奥地利植物学家格里戈尔·孟德尔已经通过植物杂交实验提出了“遗传因子”的概念，并发现了生物遗传的分离定律和自由组合定律。然而遗憾的是，这一划时代的发现，当时并没有引起人们的重视。孟德尔的成就被埋没了30多年，直到1900年，3个不同国籍的植物学家几乎同时发现了孟德尔的成就，并意识到它的重要性。孟德尔的再发现，对20世纪的遗传学的发展的贡献就像哥伦布发现新大陆，遗传学从此翻开了新的一页。
1902年萨顿和博维里发现，孟德尔所说的遗传因子从亲代到子代的传递过程与细胞内染色体从亲代到子代的传递过程存在着平行现象，所以他们认为遗传因子在染色体上。1909年荷兰遗传学家约翰逊提出了“基因”这个现代尽人皆知的名词，取代了“遗传因子”的概念。此后，美国科学家摩尔根和他的同事用果蝇实验无可辩驳地证明了基因就是在染色体上，并提出了经典遗传学的连锁与互换定律。
基因在染色体上，而染色体是由蛋白质和核酸构成的，那么到底谁是遗传物质呢?生物化学和生物物理学的发展表明，核酸才是真正的遗传物质。
1953年4月，英国《自然》杂志发表了沃森和克里克的一篇划时代的论文：《核酸的分子结构》。在这篇论文中，他们公布了脱氧核糖核酸(即DNA)分子的双螺旋结构模型。这一模型的发表，立即震惊了世界。生物化学家鲍林写到：“我相信DNA双螺旋的这个发现以及这个发现将要取得的进展，必将成为近一百年来生命科学以及所有我们对生命认识的最大进步”。
DNA分子的双螺旋结构发现以后，沃森和克里克又提出DNA分子的半保留复制模式，成功地从分子水平揭示了“种瓜得瓜，种豆得豆”的遗传机理。
20世纪50年代末，三联体遗传密码概念提出，由此开始了破译遗传密码的工作。60年代，全部64种遗传密码得到破译。
现在我们知道，基因是染色体上有遗传功能的DNA片断，每种生物都有有限数目的染色体，比如我们人类有23对46条分别来自父母双亲的染色体。因此，如果我们测出了全部人类23对染色体上的DNA序列，那么，我们就可能掌握人类几乎所有的遗传秘密。
为了加速对生命的认识，以便更好地为人类医疗保健服务，科学家决定系统地将基因在一个相当短的时间内连续解读完毕，即最终把储存于基因组中的所有遗传信息——核苷酸的排列次序搞清楚，这就是人类基因组计划。
这一课题的提出最初是从研究辐射的遗传学效应开始的。特别是日本长崎、广岛原子弹爆炸后，在研究幸存者后代的基因突变率时，发现与正常人群相比相差无几。可是在理论上这两种人群应存在明显差异。首先的可能是现有的检测手段还不够灵敏，无法揭示其真谛。为了精确检测这种辐射引起人类突变效应，最好的办法是测定人的基因组序列，将正常人与受辐射者的基因序列加以对比。后来，美国的一些科学家也提出，若要搞清肿瘤的形成机制，最好能将肿瘤病人的基因组与正常人的基因组进行对比，找出差别。最早提出这一设想的是美国生物学家、诺贝尔奖得主杜伯克(Dulbecco)。1986年3月7日，他在美国《科学》杂志上撰文发表了《癌症研究的转折点——人类基因组的全列分析》一文，指出包括癌症在内的人类疾病的发生，都与基因有直接或间接关联，希望人们不要各自研究自己感兴趣的某个基因，而要从全局出发去研究人类的整个基因组。这一动议引起了制订人类基因组研究计划的一系列活动。
最先着手制订大规模染色体组规划的不是医学研究部门而是美国能源部。在一个由知名生物学家，如DNA双螺旋结构的发现者之一的沃森参加的讨论会上，有一些人表示赞成，有一些青年科学家缺乏积极性，他们担心耗资巨大的工程会削弱国家高质量生物学用医学研究项目。而沃森担心的则是能源部的领导都是一些物理学家，生物学难占优势，因而他认为请国家医学研究院(NIH)参加该工程较为稳妥，并应由国会拨专款作为基金资助。经过几年时间的协调和努力，于1989年NIH成立了“人类基因组研究中心”，由沃森出任第一任主任。1990年，美国国会批准了“人类基因组计划”，并于10月1日正式启动。
人类基因组计划的目标是争取从1990年开始，用15年的时间投入30亿美元进行人类基因组全部DNA序列的分析。(1998年，对原计划进行了修改，宣布提前两年即2003年完成序列测定。2000年5月10日，又将“完成序列图”完成的时间提前两年，即到2001年6月全部完成。而实际上，2000年6月25日，人类基因组工作草图已全部完成)。其主要内容包括：人类基因组的基因图谱和序列分析；人类基因的鉴定；基因组研究技术的建立；人类基因组研究的模式生物基因组分析——如酵母基因组分析等。