Η ιστορία της ανοσολογίας μπορεί να ανιχνευθεί σε γραπτά αρχεία ήδη από τον 5ο αιώνα π.Χ. στην Ελλάδα, όπου συγκεντρώθηκαν στοιχεία για άτομα που ανέρρωσαν από την πανώλη και είχαν ανοσία σε αυτήν αργότερα. Ο Έλληνας ιστορικός Θουκυδίδης, ο οποίος έζησε από το 460 έως το 400 π.Χ., πιστώνεται ο πρώτος που τεκμηριώνει αυτή την ανακάλυψη. Διάφορες πειραματικές μέθοδοι ανοσοποίησης ανθρώπων πραγματοποιήθηκαν στην ιστορία της ανοσολογίας από αυτό το σημείο και μετά από πολιτισμούς σε τόσο μακρινά μέρη όπως η Κίνα και η Οθωμανική Αυτοκρατορία μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα. Η σύγχρονη ιστορία της ανοσολογίας ξεκινά από αυτό το σημείο το 1796, όταν ένας Άγγλος γιατρός ονόματι Edward Jenner ανέπτυξε την πρώτη αξιόπιστη μέθοδο εμβολιασμού για την ευλογιά.
Οι χρήσεις της ανοσολογίας επικεντρώνονται στον εμβολιασμό ατόμων με την εμφύτευση μιας εξασθενημένης μορφής ασθένειας στο σώμα για την τόνωση της μακροχρόνιας αντίστασης και της φυσικής ανοσοαπόκρισης σε αυτήν. Από αυτή την άποψη, ένα από τα πιο διαδεδομένα και συστηματικά περιστατικά στην ιστορία της ανοσολογίας μπορεί να βρεθεί στην Κίνα του 10ου αιώνα. Η ευλογιά ήταν μια ευρέως διαδεδομένη ασθένεια στην Κίνα εκείνη την εποχή και χρησιμοποιήθηκε μια διαδικασία διαφοροποίησης για τη θεραπεία της. Η παραλλαγή αναφέρεται συγκεκριμένα στις ουλές που δημιουργεί η ευλογιά στην επιφάνεια του δέρματος και η κινεζική πρακτική περιλάμβανε τη λήψη υλικού από βλάβες της ευλογιάς και την εισπνοή υγιών ατόμων ή την εμφύτευσή του κάτω από το δέρμα τους για την τόνωση της ανοσολογικής απόκρισης. Η ίδια πρακτική υιοθετήθηκε το 1670 από την Οθωμανική Αυτοκρατορία, αλλά, λόγω της έλλειψης διαφοροποίησης της τυποποίησης, περιστασιακά απέτυχε να προστατεύσει το υγιές άτομο ή κατέληγε να του/της δώσει την ίδια την ασθένεια της ευλογιάς.
Από την Οθωμανική Αυτοκρατορία, η εκπαίδευση στην ανοσολογία υιοθετήθηκε από την Αγγλία μέσω της συζύγου του Άγγλου πρέσβη στους Οθωμανούς, Λαίδης Mary Wortley Montague. Η ίδια μολύνθηκε από ευλογιά, αλλά επέζησε από την ασθένεια και έγινε υπέρμαχος της παραλλαγής. Το 1718, έδωσε εντολή στους γιατρούς να το χρησιμοποιήσουν για να προστατεύσουν τον γιο της και αργότερα την κόρη της παρουσία του Βασιλιά της Αγγλίας.
Το Αγγλικό Στέμμα πειραματίστηκε αργότερα σε κρατούμενους με τη διαδικασία και επέζησαν, έτσι η πρακτική εξαπλώθηκε σε όλα τα βρετανικά νησιά στις αρχές του 1700 και, μέχρι το 1740, είχε διασχίσει τον Ατλαντικό και χρησιμοποιήθηκε στην Αμερική. Τόσο ο Benjamin Jesty, ένας Άγγλος αγρότης, όσο και ο Edward Jenner, ένας Άγγλος επιστήμονας, βελτίωσαν τη διαδικασία το 1774 και το 1796 χρησιμοποιώντας έναν ιό της ευλογιάς των αγελάδων που δεν ήταν επιβλαβής για τον άνθρωπο. Αυτός ο σχετικός ιός χρησίμευε στον εμβολιασμό ατόμων κατά της ευλογιάς, μεταφέροντας το ιστορικό της ανοσολογίας σε ένα στάδιο όπου η θεραπεία των ανθρώπων ήταν ασφαλής και ευρέως αποτελεσματική.
Τύποι ανοσολογίας αναπτύχθηκαν από αυτό το σημείο και μετά για άλλες ασθένειες. Η ιστορία της ανοσολογίας περιλαμβάνει εργασία το 1875 από τον Robert Koch, έναν αγροτικό Γερμανό γιατρό που αναζητούσε θεραπεία για τη φυματίωση. Μια στιγμή ορόσημο στην ιστορία της ανοσολογίας θεωρείται το έτος 1878, όταν ο Λουί Παστέρ, Γάλλος χημικός, επιβεβαίωσε τις θεωρίες για την ύπαρξη μικροβίων και την αιτιολογία τους σε ανθρώπινες ασθένειες. Ο Παστέρ πιστώνεται με την ανάπτυξη εμβολίων τόσο για τη λύσσα όσο και για τον άνθρακα, καθώς και για την τελειοποίηση της διαδικασίας θέρμανσης και ταχείας ψύξης για την αποστείρωση του γάλακτος και του κρασιού που έγινε γνωστή ως παστερίωση.
Η εκπαίδευση στην ανοσολογία και η διάδοση της γνώσης θεωρείται βασικό στοιχείο για την ανάπτυξη του πολιτισμού, ιδιαίτερα στην περίπτωση της ευλογιάς. Η ευλογιά είναι γνωστό ότι ερήμωσε ανθρώπινους πληθυσμούς ήδη από το 10,000 π.Χ. στη βορειοανατολική Αφρική, εξαπλώνοντας από εκεί στην Αίγυπτο και την Κίνα γύρω στο 1,000 π.Χ. και στην Ιαπωνία από το 500 μ.Χ. Η ιστορία της ανοσολογίας ακολουθεί την εξάπλωση της ευλογιάς καθώς έφτασε στην ηπειρωτική Ευρώπη μεταξύ 400 και 600 μ.Χ., καταποντίζοντας ολόκληρη την ήπειρο μέχρι το 1500 μ.Χ. Κατά τη διάρκεια του 1700, η ευλογιά πιστεύεται ότι σκότωσε τουλάχιστον 400,000 ανθρώπους σε όλο τον κόσμο.
Η ιστορία των εξελίξεων της ανοσολογίας ακολούθησε απευθείας στον δυτικό πολιτισμό που υπέστη τεράστιες απώλειες από εκτεταμένες ασθένειες όπως η ευλογιά και η μαύρη πανώλη. Αυτές οι μολυσματικές ασθένειες πιστεύεται ότι εμπόδισαν την πρόοδο στην κοινωνία συνολικά. Από το 2010, ωστόσο, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) υπολογίζει ότι 2,500,000 ζωές σώζονται ετησίως μέσω των εμβολιασμών. Αυτό περιλαμβάνει προστασία από ασθένειες όπως η διφθερίτιδα, ο κοκκύτης και ο τέτανος.