DNA ilk olarak 1869 yılında İsviçreli doktor Friedrich Miescher tarafından, cerrahi bandajlardaki irinden bakteriler üzerinde çalışırken izole edilmiştir (hücrelerden çıkarılmıştır). Molekül hücrelerin çekirdeğinde bulundu ve bu yüzden ona nüklein adını verdi.
1928 yılında Frederick Griffith, Pneumococcus'un "pürüzsüz" formunun özelliklerinin, öldürülmüş "pürüzsüz" bakterilerin canlı "pürüzlü" formla karıştırılmasıyla aynı bakterinin "pürüzlü" formuna aktarılabileceğini keşfetti. Bu sistem, DNA'nın genetik bilgi taşıdığına dair ilk açık öneriyi sağlamıştır.
Avery-MacLeod-McCarty deneyi, 1943 yılında DNA'yı dönüştürücü ilke olarak tanımladı.
DNA'nın kalıtımdaki rolü 1952 yılında Alfred Hershey ve Martha Chase'in Hershey-Chase deneyinde DNA'nın T2 bakteriyofajının genetik materyali olduğunu göstermesiyle doğrulanmıştır.
1950'lerde Erwin Chargaff, bir DNA molekülünde bulunan timin (T) miktarının, mevcut adenin (A) miktarına yaklaşık olarak eşit olduğunu buldu. Aynı durumun guanin (G) ve sitozin (C) için de geçerli olduğunu buldu. Chargaff'ın kuralları bu bulguyu özetlemektedir.
1953 yılında James D. Watson ve Francis Crick, Nature dergisinde DNA yapısının ilk doğru çift sarmal modeli olarak kabul edilen modeli önermişlerdir. DNA'nın çift sarmallı moleküler modeli, Rosalind Franklin ve Raymond Gosling tarafından Mayıs 1952'de çekilen tek bir X-ışını kırınım görüntüsü olan "Fotoğraf 51 "e dayanıyordu.
Watson ve Crick modelini destekleyen deneysel kanıtlar Nature dergisinin aynı sayısında beş makaleden oluşan bir dizi halinde yayımlandı. Bunlardan Franklin ve Gosling'in makalesi, Watson ve Crick modelini kısmen destekleyen kendi X-ışını kırınım verilerinin ve orijinal analiz yönteminin ilk yayınıydı; bu sayıda ayrıca Maurice Wilkins ve iki meslektaşının DNA yapısı üzerine bir makalesi de yer aldı; bu makalede yapılan analizler ve in vivo B-DNA X-ışını modelleri, Crick ve Watson tarafından Nature'ın önceki iki sayfasında DNA'nın çift sarmallı moleküler modeli için önerilen çift sarmallı DNA konfigürasyonlarının in vivo varlığını da destekliyordu. Franklin'in ölümünden sonra 1962 yılında Watson, Crick ve Wilkins birlikte Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü aldılar. Nobel Ödülleri o dönemde sadece yaşayanlara veriliyordu. Keşiften kimin pay alması gerektiği konusunda tartışmalar devam etmektedir.
Crick, 1957 yılında DNA, RNA ve proteinler arasındaki ilişkiyi moleküler biyolojinin temel dogması olarak açıkladı.
DNA'nın nasıl kopyalandığı (replikasyon mekanizması) 1958 yılında Meselson-Stahl deneyi ile ortaya çıkmıştır. Crick ve meslektaşları tarafından yapılan daha fazla çalışma, genetik kodun kodon adı verilen üst üste binmeyen baz üçlülerine dayandığını gösterdi. Bu bulgular moleküler biyolojinin doğuşunu temsil etmektedir.
Watson ve Crick'in Franklin'in sonuçlarını nasıl elde ettikleri çok tartışılmıştır. Crick, Watson ve Maurice Wilkins DNA üzerindeki çalışmalarından dolayı 1962 yılında Nobel Ödülü'ne layık görülmüşlerdir - Rosalind Franklin 1958 yılında ölmüştür.
