DNA最初是由瑞士生物化學家弗里德里希·米歇爾（Friedrich Miescher）1869年從手術繃帶的膿液中分離出來的，由于這種微觀物質位于細胞核中，當時被稱為核蛋白(nuclein) 。
1919年，Phoebus Levene確定了DNA由含氮堿基，糖和磷酸鹽組成的核苷酸結成 。Levene提出DNA由一條通過磷酸鹽結合在一起的核苷酸組成。他確信DNA長鏈較短，且其中的堿基是以固定順序重復排列。
1937年，William Astbury展示了第一個X射線衍射研究的結果，表明DNA具有極其規則的結構。
1928年，英國科學家弗雷德里克·格里菲斯（1877-1941）在實驗中發現，平滑型的肺炎球菌，能轉變成為粗糙型的同種細菌。 該系統在沒有提供任何物質引起變化的證據的同時，表明某些物質可以將遺傳信息從死亡細菌的遺體傳遞給生物。1943年奧斯瓦爾德·埃弗里等人的試驗證明DNA是這一轉變現象背后的原因 。
1944年，Erwin Schr?dinger鑒于量子物理學少數原子的系統具有無序行為理論，斷言遺傳物質必須由大的非重復分子構成，方足以維持遺傳信息的穩定 [7] 。
1953年由Alfred Hershey和Martha Chase通過另一個經典實驗證實了DNA在遺傳中的作用，該實驗表明噬菌體T2的遺傳物質實際上是DNA，而蛋白質則是由 DNA的指令合成的 。
1953年，美國的沃森和英國的克里克提出了DNA雙螺旋結構的分子模型。
1958年，馬修·梅瑟生與富蘭克林·史達在梅瑟生-史達實驗中，確認了DNA的復制機制 。后來克里克團隊的研究顯示，遺傳密碼是由三個堿基以不重復的方式所組成，稱為密碼子。
1961年，哈爾·葛賓·科拉納、羅伯特·W·霍利及馬歇爾·沃倫·尼倫伯格解出這些密碼子所構成的遺傳密碼。