青黴素的發現者是英國細菌學家弗萊明。在1928年夏弗萊明外出度假時，把實驗室裡在培養皿中正生長著細菌這件事給忘了。3周後當他回實驗室時，注意到一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養皿中長出了一團青綠色黴菌。在用顯微鏡觀察這隻培養皿時弗萊明發現，黴菌周圍的葡萄球菌菌落已被溶解。這意味著黴菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。此後的鑑定表明，上述黴菌為點青黴菌，因此弗萊明將其分泌的抑菌物質稱為青黴素。然而遺憾的是弗萊明一直未能找到提取高純度青黴素的方法，於是他將點青黴菌菌株一代代地培養，並於1939年將菌種提供給準備系統研究青黴素的澳洲病理學家弗洛裡（HowardWalterFlorey）和生物化學家錢恩。

透過一段時間的緊張實驗，弗洛裡、錢恩終於用冷凍乾燥法提取了青黴素晶體。之後，弗洛裡在一種甜瓜上發現了可供大量提取青黴素的黴菌，並用玉米粉調製出了相應的培養液。弗洛裡和錢恩在1940年用青黴素重新做了實驗。他們給8只小鼠注射了致死劑量的鏈球菌，然後給其中的4只用青黴素治療。幾個小時內，只有那4只用青黴素治療過的小鼠還健康活著。“這真像一個奇蹟！”弗洛裡說道。此後一系列臨床實驗證實了青黴素對鏈球菌、白喉桿菌等多種細菌感染的療效。青黴素之所以能既殺死病菌，又不損害人體細胞，原因在於青黴素所含的青黴烷能使病菌細胞壁的合成發生障礙，導致病菌溶解死亡，而人和動物的細胞則沒有細胞壁。但是青黴素會使個別人發生過敏反應，所以在應用前必須做皮試。在這些研究成果的推動下，美國製藥企業於1942年開始對青黴素進行大批次生產。到了1943年，製藥公司已經發現了批次生產青黴素的方法。當時英國和美國正在和納粹德國交戰。這種新的藥物對控制傷口感染非常有效。到1944年，藥物的供應已經足夠治療第二次世界大戰期間所有參戰的盟軍士兵。

1945年，弗萊明、弗洛裡和錢恩因“發現青黴素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝爾生理學或醫學獎。