Vi sinh vật học môi trường là ngành nghiên cứu các đối vi sinh vật tồn tại trong môi trường tự nhiên và nhân tạo. Nguồn gốc của các nghiên cứu bắt đầu từ sự quan sát của Antony van Leeuwenhoek (1677).Van Leeuwenhoek đã sử dụng một kính hiển vi để khám phá những gì mà ông gọi là “những động vật nhỏ” chúng sống và sinh sản trong nước mưa, nước giếng, nước biển và nước băng tan. Trong suốt nhiều thế kỷ, sự hiểu biết của chúng ta về vi sinh vật môi trường dựa trên những quan sát chi tiết và các thí nghiệm với sự giúp đỡ của kính hiển vi và các công cụ hoá sinh cũng như toán học hiện đại. Nhiều nghiên cứu của van Leeuwenhoek dựa vào việc kiểm tra các mẫu vật được đặt trong ống nghiệm, trong chaithuỷ tinh tại nhà ông. Hiện tại, người ta cho rằng ông đã tạo nên một môi trường nhân tạo, cũng nhờ đó mà ngày nay chúng ta có những kỹ thuật nuôi cấy vi sinh vật trong phong thí nghiệm để xác định cấu trúc cũng như chức năng của chúng.