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免疫学是在人类与传染病斗争过程中发展起来的，从我国接种人痘苗预防天花的历史开始至今，免疫学的发展已有三个半世纪。根据免疫学发展的特点，经历了经验免疫学时期（17世纪70年代～19世纪中叶）、经典免疫学时期（19世纪中叶～20世纪中叶）、近代和现代免疫学时期（自20世纪中叶至今）。
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经验免疫学时期：16～17世纪，我国应用人痘苗预防天花；18世纪末，英国医生Edward Jenner接种牛痘苗预防天花，称为“Vaccination”（拉丁文Vacca是牛的意思），为全球消灭天花奠定了基础。
经典免疫学时期：19世纪中叶L.Pastuer等先后发现多种病原菌，极大地促进了疫苗研制和使用，开创了人工主动免疫的先河；19世纪末E.Metchnikoff发现细胞吞噬作用，提出细胞免疫理论；E.von Behring和P.Ehrlich发现免疫血清具有抵抗病原菌的作用，并研制出白喉抗毒素，创立了人工被动免疫的方法，进而提出体液免疫理论；此阶段，免疫化学研究获得重要突破，对多种基本免疫学现象的本质获得了初步认识。
近代和现代免疫学时期：继抗体生成的“侧链学说”和“模板学说”以及“生物学选择学说”之后，1957年F.M.Burnet提出了克隆选择学说，该学说发展了侧链学说，修正了Jerne的自然选择学说，为免疫学发展奠定了理论基础，并开启了现代免疫学新阶段。
20世纪30年代，发现抗体主要存在于血清的γ-球蛋白组分中，其后证明抗体是四肽链结构，并发现抗体分子氨基端可变区是与抗原特异性结合的部位。1968年和1972年，世界卫生组织以及国际免疫学会的专业委员会分别决定，将化学结构和抗体相似或者具有抗体活性的球蛋白统称为免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。
世界卫生组织于1980年正式宣布在全世界范围内消灭天花，是人类首次借助免疫干预手段成功控制烈性传染病，是现代医学最辉煌的成就之一。
由于抗体、补体发现，以及抗原、抗体和补体概念的提出，人们开始研究其理化性质，并探讨抗原-抗体反应特异性的化学基础，逐渐形成免疫化学研究领域。20世纪初，应用偶氮蛋白的人工结合抗原研究抗原-抗体反应特异性，发现抗原分子的某些特殊化学基团（即抗原决定基）决定了抗原特异性。由于在抗体结构研究中做出的突出贡献，1972年Edelman与Porter共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。免疫化学的进展奠定了现代免疫学研究的基础。
20世纪60年代，研究人员相继发现胸腺的免疫功能和淋巴细胞在周围淋巴组织的分布与定位，证实所有免疫细胞均来源于骨髓多能造血干细胞，从而揭示了机体内存在着完整的免疫系统，证实了淋巴系统在免疫应答中的主导地位。随后借助单克隆抗体技术，免疫学家进一步鉴定免疫细胞表达的特征性标志，Cantor和Reiherz等提出了T细胞和B细胞亚群概念。近年来依据细胞表型和功能特征，发现了淋巴细胞是功能多样的细胞群体，并深入研究了各种淋巴细胞的性状及其功能，从而揭示了T辅助细胞（Th0、Th1、Th2、Tfh和 Th17细胞）、调节性 T 细胞、细胞毒性 T 细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL或cytotoxic T cell，Tc）以及体液免疫在生理性免疫应答与病理性免疫应答中的作用。
近20年来人类对淋巴细胞分化、发育和死亡方式的微环境及其信号转导、淋巴细胞类别及其亚群、免疫细胞识别与活化机制、以树突状细胞为代表的抗原提呈细胞及其生物学功能、NK细胞和NKT细胞的表面受体及其生物学特征等开展了深入研究。
1942年，Chase等发现结核菌素反应是由致敏细胞引起，从而证实体内存在体液免疫和特异性细胞免疫。至20世纪70年代，Claman和Mitchell阐明免疫应答的机制，并证明T细胞和B细胞在抗体产生中相互作用。发现B细胞表达膜表面免疫球蛋白，即B细胞抗原受体（BCR），是B细胞特征性表面标志，亦是B细胞识别抗原的分子基础。Mitchison等证明T、B细胞相互协同作用的分子基础是T细胞和B细胞分别识别同一抗原分子的不同抗原表位（决定基），T细胞识别T细胞表位，B细胞识别B细胞表位。细胞免疫和体液免疫在功能上既有一定分工，又有相互协助。1983年，Haskius等几乎同时证实了小鼠和人T细胞（抗原）受体（T cell receptor，TCR），是T细胞特征性标志。TCR由异二聚体肽链组成，是T细胞识别抗原的物质基础。Doherty和Zinkernagel证明CTL发挥作用必须识别靶细胞表面抗原和MHC分子，这就是著名的T细胞双识别与MHC限制性学说，并因此获得了1996年诺贝尔生理学或医学奖。
20世纪80年代免疫学家证明了TCR基因与Ig基因相似，均由多个基因片段组成，也存在基因重排现象，由此阐明TCR多样性和免疫应答特异性的遗传学基础。90年代以来，对主要组织相容性复合体及其产物的分子结构，以及在诱导免疫细胞分化、抗原提呈、免疫调节及器官移植作用中的研究，逐渐明确了抗原提呈的主要环节及其机制，并且对T细胞的特异性识别、激活及其效应机制也有了更深入的了解。特别是对内源性抗原及外源性抗原提呈方式的研究，使人们对微生物感染中胞内菌、胞外菌感染，病毒感染以及死疫苗、活疫苗分别诱导不同类型免疫应答的理论有了进一步的认识。这些成果初步揭示了T、B细胞的识别、活化、分化和效应机制，同时解释了许多重要的免疫生物学现象，如抗原识别、免疫记忆、自身耐受以及自身免疫应答等。
近年来研究证明，固有免疫细胞亦可通过不同的识别机制区分“自己”和“非己”发挥免疫功能，并对固有免疫识别与免疫应答提出了模式识别理论，以DC为代表的固有免疫细胞是启动适应性免疫应答的关键环节：DC借助其表面的模式识别受体（PRR）识别某些分子模式后被激活，活化的DC高表达抗原肽-MHC分子复合物，提供T细胞活化的第一信号，激活的DC同时高表达共刺激分子，提供T细胞活化的第二信号，从而启动适应性免疫应答。
Beutler、Hoffmann和Steinman三位科学家在固有免疫识别与激活以及固有免疫在启动特异性免疫应答中的作用这一研究领域作出了突出的贡献，因而荣获2011年诺贝尔生理学或医学奖。
1945年，Owen首次报道胚胎期接触抗原发生免疫耐受的现象。他发现异卵双胎小牛的血型嵌合体，即双胎小牛不同的血型抗原彼此互相接纳，皮肤互相移植也不发生排斥反应。Medawar应用不同的近交系鼠证明了Owen的这一发现。1957年，Burnet根据 Owen和Medawar的发现，通过自己设计的实验验证，提出了著名的抗体生成的克隆选择（clonal selection）学说。
克隆选择学说认为在胚胎期个体具有众多克隆的淋巴细胞，每一种克隆细胞均表达同一特异性受体，识别一种抗原。表达不同受体的淋巴细胞克隆识别不同的抗原。凡在胚胎期接触自身抗原的克隆细胞可被清除或处于禁忌（克隆无能）状态；而针对外来抗原的克隆细胞得到保留。出生后，由于个体没有针对自身抗原的克隆细胞，对“自身”抗原不产生免疫应答，形成自身耐受。外界抗原进入体内后，与针对外来抗原的克隆细胞抗原受体结合，导致该细胞克隆扩增，产生大量后代细胞，合成大量具有相同特异性的抗体。克隆选择学说被视为免疫学发展史上一个里程碑式的成就，不仅阐明了抗体产生的机制和抗体多样性的遗传学基础，为由此衍生而来的单克隆抗体、基因工程抗体以及新型疫苗和其他生物制剂的研制与应用奠定了基础；同时也解释了抗原识别、免疫记忆、自身耐受以及自身免疫应答等重要的免疫生物学现象。克隆选择学说的提出，极大地推动了现代免疫学的快速发展。由于发现和证实了获得性免疫耐受性，Burnet和Medawar荣获了1960年诺贝尔生理学或医学奖。
免疫学理论与技术的进展，促进了疫苗的研制与应用。迄今，不断改进和完善的疫苗使多种烈性传染病（如天花）得以有效控制或消灭，成为免疫学对人类的最大贡献。
20世纪80年代以来陆续发现一系列主要由各类免疫细胞产生的多肽分子，即细胞因子。通过深入研究其生物学特征，已证实：细胞因子具有广泛的生理功能，参与多种疾病过程的发生和发展，也可用于临床治疗，从而促进了免疫生物治疗的发展。2018年诺贝尔生理学或医学奖授予了两位免疫学家：美国的James P Allison与日本的Tasuku Honjo，以表彰他们“发现负性免疫调节治疗癌症的贡献”。
近年来各种新的免疫学技术的建立和发展，如分子免疫学技术、血清学技术和免疫标记技术、细胞融合技术与T细胞克隆技术、细胞分离技术和显微观察、分析技术，以及MHC-抗原肽四聚体技术等为分析特定细胞群或单一细胞的生物学特征提供了工具。
随着生物化学、遗传学、细胞生物学和分子生物学等学科的发展，电子显微镜、激光共聚焦显微镜、隧道扫描显微镜、色谱分析、二维电泳、免疫标记、分子生物学和电子计算机等新技术的建立，以及转基因鼠、基因敲除（gene knock-out）鼠与人源化小鼠模型的应用，极大促进了分子免疫学发展。由此，逐步揭示了免疫球蛋白、补体、细胞因子、免疫细胞内的信号转导分子、细胞膜分子、T细胞受体，以及MHC分子等的基因结构、功能及其表达机制。
理论与实践
免疫学理论与技术的发展，为疾病的诊断、治疗和预防提供了重要的理论指导和技术支持。经典免疫学实现了人类第一次预防医学的革命，通过疫苗免疫预防大多数传染病的发生，从而有效控制其大规模流行。
现代免疫学通过免疫学的方法调控免疫应答，应用新型疫苗可能进一步控制艾滋病等传染病的流行；以基因工程抗体为靶向分子的靶向治疗、基因工程细胞因子和其他肽类分子等，均已开始在临床得到应用；借助不断改善的细胞培养技术，包括造血干细胞、DC以及某些效应细胞在内的细胞疗法已用于治疗多种血液病及肿瘤。肿瘤的免疫生物治疗有可能成为继化学疗法、手术疗法、放射疗法之后的又一重要疗法。