1962年，已經有文獻報道科學家從多管水母屬的發光型水螅水母（luminous hydromedusan Aequorea）中提取到了具有生物發光性質的蛋白質。到了上世紀70年代，對生物發光的現象才有了一些新的進展。有科學家研究了多管水母屬生物發光系統的分子內能量轉移。到了九十年代初，科學家才克隆到GFP的cDNA，并且研究了其表達的氨基酸序列，發現 gfp 10 cDNA 編碼238個氨基酸肽段。研究A. victoria GFP 基因克隆，發現GFP基因上面有三個限制性酶切位點。這對后續科學家了解其結構有很大的幫助。
1994年2月，M. Chalfie 等人創造性的將GFP分別在Escherichia coli和Caenorhabditis elegans細胞中表達，并得出結論由于GFP發光并不需要其他底物或者共同作用因子，所以GFP的表達可以用來在活體中監測基因表達和蛋白質的定位。從那以后的一段時間內，有無數的研究者投入到GFP相關的研究。就在 M. Chalfie 的報道過去一個月左右，Tsuji 等人就在E. coli中融合表達了GFP 蛋白，并且 GFP 在生物體中的激發光譜和發射光譜與自然條件下沒有明顯區別。由于 GFP 在生物體中的熒光強度不夠強，因此很難應用到實際的科學研究中。
1995年，Tsien 等人提升了 GFP 發光強度，極大的推動了 GFP 在生物學研究的應用。
緊接著在1996年8月 F. Yang 等人就解析出了GFP的分子結構，GFP蛋白是圓桶狀，由11個β-折疊形成外周，里面有一個α-螺旋，圓桶的兩端是一些不規則卷曲。同年9月，Tsien 等人就解析出了GFP的晶體結構，并闡明其發光原理。還有一些科學家通過制造突變體來篩選更優的GFP，比如：對pH敏感的GFP、專門應用于植物細胞研究的GFP，等等。除了優化GFP之外，很多科學家開拓思維，將GFP蛋白的應用推廣到很多研究領域，2002年，David A. Zacharias 等人就將GFP蛋白應用到膜蛋白的研究。同年，GFP蛋白甚至被做成了Zn生物探測器。