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益生菌（probiotics）这个词源自希腊语，其中“pro-”表示“有益于”，“biotics”表示“生命”，故在字面上该词可解释为“有益于生命”。
早在1965年，世界权威的学术期刊《科学》上刊登了一篇由里尔（D.M.Lilley）和斯第威尔（R.H.Stillwell）所撰写的题为《益生菌——由微生物产生的成长促进因素》的文章，“probiotic”一词最先被这两位科学家作为“antibiotic（抗生素）”的反义词使用，当时仅用作描述那些能够支持微生物生长的物质。1974年，帕克（Parker）提出益生菌的概念并用于饲料添加剂，这时益生菌这个术语才真正开始被使用并被描述为“有益健康且自然存在的微生物”。直到1987年，“当代益生菌之父”——英国学者罗伊·福勒博士（Roy Fuller）才给出了益生菌较完整的定义：“益生菌是一种活的微生物喂养补充剂（制剂），通过改进宿主动物的肠道微生物菌群平衡，从而对宿主动物产生有益的效果 [1] 。”该定义强调了益生菌是活的微生物，不包括死菌和代谢产物，该定义后来被广泛接受。
2001年，世界粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）的专家们联合给出了益生菌的如下定义：“益生菌是活的微生物，当摄入充足数量时，它会赋予宿主某种健康益处 [2] 。”2002年，世界粮农组织和世界卫生组织专家工作组又提出并颁布了第一个益生菌评价指南——《食品用途的益生菌评价》 [2] 。但该指南的应用范围过于狭窄，未涉及其他与食品无关的应用（比如女性阴道和皮肤健康的应用）。
2002年，欧洲食品和饲料菌种协会（EFFCA）也给出益生菌如下修正的参考定义：“益生菌是活的微生物，通过给予（摄入）充足的数量，对宿主产生一种或多种特殊且经临床论证的功能性健康益处。”该定义包含了三个核心要点：其一，益生菌必须是活的；其二，益生菌的数量是充足的，目前公认的科研证实，通常每日摄入1亿～100亿个或更高数量的活性益生菌，才可能对人体产生积极的健康功效（不同益生菌菌株的作用剂量有明显的差异）；其三，益生菌的功效和益处必须是经过临床证实的。
2004年9月在斯洛伐克举行的第二届国际益生菌会议上，英国学者福勒博士再次提出：“益生菌是一种可被消耗或摄入的存活的微生物，通过影响宿主的肠道菌群和（或）改善宿主的免疫状态，从而诱导出对宿主的健康有益的作用……”
2005年，美国北卡罗来纳州立大学的教授Dobrogosz和Versalovic提出了“免疫益生菌（immunoprobiotics）”这一新概念，并定义如下：“免疫益生菌是指调节免疫应答的益生菌，它可赋予更多附加的健康益处和效果，诸如竞争性地排斥病原体，生成益生元、维生素 B 12 、共轭亚油酸等物质 [3] 。”
多年以来，还有一个暂被称为“活性生物治疗剂（live biotherapeutic agents，Live BTAs）”或称为“活菌药物”的概念，常和益生菌这个术语平行或等同使用。它通常被定义为：“通过与宿主的天然微生态系统相互作用，且可被用作防护和治疗人类疾病的一类活的微生物。”生物治疗剂所包含的微生物种类有乳杆菌、双歧杆菌、肠球菌（Enterococcus）、链球菌（Streptococcus）、乳酸乳球菌、拟杆菌和酵母等。
2013年，Dinan等人提出了“神经益生菌（psychobiotics）”的概念和定义：所谓神经益生菌，就是指那些对潜在精神和神经系统产生影响的益生菌 [4] 。这就导致把人类大脑的活动跟人体其他相关的器官产生了关联。此新概念也就自然地促进了“肠脑轴”理论的发展，并成为全球研发和应用的热点。后面有专门的章节会就其进行阐述。