20世纪初，生物化学与微生物学的相互渗透，发现人体所需要的许多维生素和其他生长因子，可以通过微生物工程获得，面包酵母、乳制品和多种酶制剂都可以通过微生物工程获取。在这个时期，表现出以下主要特点：①通过在固体培养基上培养微生物，容易得到纯培养物，为获取微生物纯种创造了条件，从而建立了微生物纯培养技术；②开创了人工控制发酵过程，并且建立了提取发酵产品的工艺，为进一步扩大生产发酵产品创造了条件；③发明了用于液体通气培养微生物的大型生物及反应器——发酵罐，为实现大规模发酵生产奠定了基础。

 

     20世纪上半期是微生物工程的发展时期。第一次世界大战时期，英国和德国曾分别发明了丙酮、丁醇发酵和甘油发酵生产的工艺，这些产品被用来制造火药。青霉素是由英国细菌学家AlexanderFleming(1881～1955)在1928年发现，但在当时没有引起重视，直到20世纪40年代初，为适应第二次世界大战救助伤员的需要，美国对青霉素进行了大规模的生产。青霉素及后来陆续发现的多种抗生素，如链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等相继进入工业化生产，形成了抗生素工业，开创了微生物工业的新纪元。

    由于抗生素工业兴起而诞生的大型发酵罐，为微生物工程的发展提供了关键的设备，也为后来许多微生物发酵产品如酶制剂、维生素、有机酸、氨基酸、核酸等相关物质的发酵生产奠定了基础，后来以石油为原料生产饲料酵母、柠檬酸、水杨酸、长链二羧酸等有机酸，沿用了这些设备。直到今天，发酵罐仍然是微生物工程中不可或缺的基本设备。

 

    微生物工程现代时期最显著的特点，是采用通过现代生物技术构建的新型生物，借助发酵或细胞培养途径生产人类所需要的产品。1973年人类通过基因工程手段构建了第一个“工程菌”，用这种“工程菌”生产出了人生长激素释放抑制因子，随后又生产了胰岛素、干扰素、白细胞介素—2以及其他一些细胞因子，还有一些氨基酸、酶制剂都能通过“工程菌”进行生产。进入21世纪，利用“工程菌”生产工业产品已成为微生物工程的主流发展方向。