Alexander Fleming, um bacteriologista escocês em Londres, descobriu a penicilina por engano quando tentava estudar a bactéria Staphylococcus em 1928. Ele fazia experimentos com a bactéria em seu laboratório no St. Mary’s Hospital, em Londres, e colocou uma placa de laboratório contendo a bactéria perto uma janela aberta. Ao retornar ao experimento, ele descobriu que algum mofo entrou pela janela aberta no prato, contaminando a bactéria.
Em vez de jogar fora seu experimento estragado, Fleming olhou atentamente para ele sob seu microscópio. Surpreendentemente, ele viu não apenas o mofo crescendo na bactéria, mas uma zona clara ao redor do mofo. O fungo Penicillium, o precursor da penicilina, estava dissolvendo a bactéria Staphylococcus mortal.
Fleming estava originalmente otimista de que a penicilina seria útil como um agente antibacteriano, uma vez que era segura para o corpo humano, embora potente. Mais tarde, em 1931, ele mudou de ideia e decidiu que não duraria em humanos o tempo necessário para matar bactérias nocivas, e parou de estudá-lo. Em 1934, ele começou mais alguns anos de testes clínicos e tentou encontrar alguém para purificá-lo.
Pesquisadores da Universidade de Oxford, na Inglaterra, incluindo Howard Florey, Ernst Chain e Norman Heatley, fizeram experiências com a descoberta de Fleming. Eles provaram que a penicilina seria inofensiva e eficaz em ratos, mas ainda não tinha o volume necessário para tratar as pessoas. Orvan Hess e John Bumstead foram as primeiras pessoas a usá-lo para tratar um paciente com sucesso.
A penicilina salvou a vida de muitos soldados na Segunda Guerra Mundial, mas o suprimento era extremamente limitado e a droga foi rapidamente excretada do corpo, de modo que os pacientes tiveram que ser administrados com frequência. Era prática comum, nessa época, guardar a urina de pacientes em tratamento para que a penicilina pudesse ser isolada e reutilizada. Outro agente, a probenecida, acabou por prolongar a duração da penicilina no corpo humano.
Fleming, Florey e Chain receberam o Prêmio Nobel de medicina em 1945 pela descoberta e desenvolvimento da penicilina. Florey estava abertamente preocupado com a possibilidade de uma explosão populacional resultante de melhorias no sistema de saúde e disse que seu trabalho com o antibiótico era mais um problema científico interessante do que uma forma de ajudar as pessoas. Ele admitiu que o fato de poder ajudar as pessoas era uma coisa boa, mas não por que ele estava originalmente interessado.
Andrew J. Moyer descobriu mais tarde como fazer grandes quantidades de penicilina, patenteando o processo e avançando na luta contra doenças infecciosas. Em 1987, ele foi introduzido no National Inventors Hall of Fame por seu processo de criação de penicilina em grande quantidade.