廣義的遺傳工程包括細胞水平上的遺傳操作（細胞工程）和分子水平上的遺傳操作，即重組DNA技術（有人稱之為基因工程）。狹義的遺傳工程則專指后者。
重組DNA技術中所用的載體主要是質粒和溫和噬菌體（見轉導）兩類，而在實際應用中的載體幾乎都是經過改造的質粒或溫和噬菌體。英國微生物遺傳學家W．海斯和美國微生物遺傳學家，J·萊德伯格等在1952年首先認識到大腸桿菌的F因子（見細菌接合）是染色體外的遺傳因子。1953年法國學者P·弗雷德里克等發現大腸桿菌產生大腸桿菌素這一性狀為一種染色體外的大腸桿菌素因子所控制。1957年日本學者發現了抗藥性質粒。后兩類質粒都是在遺傳工程中廣泛應用的質粒。重組DNA技術來源于兩個方面的基礎理論研究——限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）和基因載體（簡稱載體）。
限制酶的研究可以追溯到1952年美國分子遺傳學家S·E·盧里亞在大腸桿菌中所發現的一種所謂限制現象——從菌株甲的細菌所釋放的噬菌體能有效地感染同一菌株的細菌，可是不能有效地感染菌株乙；少數被感染的菌株乙的細菌所釋放的同一噬菌體能有效地感染菌株乙可是不能有效地感染菌株甲。經過長期的研究，美國學者W．阿爾伯在1974年終于對這一現象提出了解釋，認為通過噬菌體感染而進入細菌細胞的DNA分子能被細菌識別而分解，細菌本身的DNA則由于已被自己所修飾（甲基化）而免于被分解。但有少數噬菌體在沒有被分解以前已被修飾了，這些噬菌體經釋放后便能有效地感染同一菌株的細菌。被甲（或乙）這一菌株所修飾的噬菌體只能有效地感染甲（或乙），而不能有效地感染乙（或甲），說明各個菌株對于外來DNA的限制作用常常是專一性的。通過進一步的研究發現這種限制現象是由于細菌細胞中具有專一性的限制性核酸內切酶的緣故。
重組DNA技術中廣泛應用的噬菌體是大腸桿菌的溫和噬菌體λ，它是在1951年由美國學者E·萊德伯格等發現的。到70年代初，生物化學研究的進展也為重組DNA技術奠定了基??972年美國的分子生物學家P·伯格等將動物病毒SV40的DNA與噬菌體P22的DNA連接在一起，構成了第一批重組體DNA分子。1973年美國的分子生物學家S·N·科恩等又將幾種不同的外源DNA插入質粒pSC101的DNA中，并進一步將它們引入大腸桿菌中，從而開創了遺傳工程的研究。