Il DNA è stato isolato per la prima volta (estratto dalle cellule) dal medico svizzero Friedrich Miescher nel 1869, quando stava lavorando sui batteri del pus nelle bende chirurgiche. La molecola fu trovata nel nucleo delle cellule e così la chiamò nucleina.
Nel 1928, Frederick Griffith scoprì che i tratti della forma "liscia" dello Pneumococco potevano essere trasferiti alla forma "ruvida" dello stesso batterio mescolando i batteri "lisci" uccisi con la forma "ruvida" viva. Questo sistema ha fornito il primo chiaro suggerimento che il DNA porta informazioni genetiche.
L'esperimento Avery-MacLeod-McCarty ha identificato il DNA come principio di trasformazione nel 1943.
Il ruolo del DNA nell'ereditarietà è stato confermato nel 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase nell'esperimento Hershey-Chase hanno dimostrato che il DNA è il materiale genetico del batteriofago T2.
Negli anni '50, Erwin Chargaff trovò che la quantità di timina (T) presente in una molecola di DNA era circa uguale alla quantità di adenina (A) presente. Egli trovò che lo stesso valeva per la guanina (G) e la citosina (C). Le regole di Chargaff riassumono questa constatazione.
Nel 1953, James D. Watson e Francis Crick suggerirono quello che oggi è accettato come il primo modello corretto di struttura del DNA a doppia elica nella rivista Nature. Il loro modello molecolare a doppia elica del DNA si basava allora su un'unica immagine di diffrazione a raggi X "Foto 51", scattata da Rosalind Franklin e Raymond Gosling nel maggio 1952.
Le prove sperimentali a sostegno del modello Watson e Crick sono state pubblicate in una serie di cinque articoli nello stesso numero di Nature. Di questi, l'articolo di Franklin e Gosling fu la prima pubblicazione dei loro dati di diffrazione dei raggi X e del loro metodo di analisi originale che in parte supportava il modello Watson e Crick; questo numero conteneva anche un articolo sulla struttura del DNA di Maurice Wilkins e di due suoi colleghi, le cui analisi e i modelli a raggi X del B-DNA in vivo supportavano anche la presenza in vivo delle configurazioni del DNA a doppia elica come proposto da Crick e Watson per il loro modello molecolare a doppia elica del DNA nelle due pagine precedenti di Nature. Nel 1962, dopo la morte di Franklin, Watson, Crick e Wilkins hanno ricevuto congiuntamente il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina. All'epoca i premi Nobel venivano assegnati solo ai destinatari viventi. Continua il dibattito su chi dovrebbe ricevere il merito della scoperta.
Nel 1957, Crick ha spiegato la relazione tra DNA, RNA e proteine, nel dogma centrale della biologia molecolare.
Come il DNA è stato copiato (il meccanismo di replicazione) è venuto nel 1958 attraverso l'esperimento Meselson-Stahl. Altri lavori di Crick e colleghi hanno mostrato che il codice genetico era basato su triplette di basi non sovrapposte, chiamate codoni. Questi risultati rappresentano la nascita della biologia molecolare.
Come Watson e Crick abbiano ottenuto i risultati di Franklin è stato molto dibattuto. Crick, Watson e Maurice Wilkins hanno ricevuto il premio Nobel nel 1962 per il loro lavoro sul DNA - Rosalind Franklin era morta nel 1958.
