DNA ilk kez İsviçreli hekim Friedrich Miescher tarafından fark edildi. Miescher, 1869'da atık cerrahi pansumanların içinde mikroskobik bir madde keşfetti. Bu madde hem uzun hem de çok çok inceydi. Hücre çekirdeklerinde bulunduğu için ona "nüklein" adını verdi ve böylece DNA ilk kez bilim çevrelerince bilinmeye başlandı.

1919'da Phoebus Levene, bu birimi oluşturan bazları (adenin, sitozin, guanin ve timin), şekeri ve fosfatı tanımladı. Levene aynı zamanda DNA'nın, birbirine fosfat grupları ile bağlı nükleotit birimlerinden oluşan bir zincir olduğunu öne sürdü. Ancak bu zincirin kısa olduğunu ve bazların kendini tekrar eden bir sıralamaya sahip olduğunu sanmıştı. 1937'de William Astbury ise DNA'nın düzenli bir yapıya sahip olduğunu gösteren ilk görüntüleri elde etti.

Pnömokok bakterileri iki genel forma sahipti. "Düz" olanlar pnömaoni hastalığına neden olurken, "buruşuk" olanlar zararsızdı. 1928'de Frederick Griffith, "düz" şekilli ve "buruşuk" şekilli Pnömokok bakterilerini bir canlıya aynı anda enjekte ederek, "düz" şekli sağlayan özelliğin, "buruşuk"olanlara da aktarılmasının mümkün olduğunu gösterdi. 1943'de, üç arkadaş Oswald Avery, Colin MacLeod ve Maclyn McCarty bu deneysel sistemi kullanarak, yapısal değişikliğe neden olan etmenin DNA olduğunu gösterdi.

1953'te James D. Watson ve Francis Crick tarafından yazılmış, DNA'nın bugün kabul görmüş yapısını anlatan ilk makale Nature dergisinde yayımlandı. Bu makalede çift sarmallı moleküler model, tek bir X-ışını kırınım resmine dayanıyordu. Bahsi geçen yapı, Rosalind Franklin ve Raymond Gosling tarafından Mayıs 1952'de elde edilmişti.

Watson ve Crick modelini destekleyen deneysel kanıtlar, Nature dergisinin aynı sayısında yayımlanan beş farklı makalede yer aldı. Bunların arasında, Watson ve Crick modelini destekleyen Franklin ve Gosling'in makalesi de vardı.

Crick, 1957'de yaptığı etkili bir sunumda, moleküler biyolojinin temelleri olan DNA, RNA ve proteinler arasındaki ilişkiyi, bu konuda kanıtlar henüz tamamen toplanmamışken özetledi. Çift sarmallı yapının kopyalama mekanizması ise, 1958'de yayımlanan Meselson-Stahl deneyi ile doğrulandı. Crick ve arkadaşları tarafından yapılan diğer çalışmalar da genetik kodun, kodon olarak adlandırılan ve örtüşmeyen baz üçlülerinden oluştuğunu gösterdi. Genetik kod, 20 amino aside karşılık 64 kodon olmasından kaynaklanan uyumsuzlukların üstesinden gelmek için değişime uğramış baz çiftleri kullanıyordu. Bu bilgiler sayesinde Har Gobind Khorana, Robert W. Holley ve Marshall Warren Nirenberg genetik kodu çözdü. Bu keşifler moleküler biyolojinin doğumu olarak görülüyor.

1962'de Rosalind Franklin'in ölümünden sonra Watson ve Crick Nobel Fizyoloji ödülünü kazandı. Nobel ödülleri sadece hayatta olan kişilere veriliyordu ve Watson & Crick ikilisine ilham veren Rosalind'in adı hiç geçmedi. Bu keşif için kimlerin isminin anılması gerektiği hakkındaki tartışma halen devam ediyor.