大约在一万多年前的某个时候，人类遇到了令他们大吃一惊的事情。他们一直在储存牛奶、果汁等产品，当打开用来存放这些珍贵物品的皮囊和陶罐时，却发现里面的东西已经发生了变化。微生物的活动通过一种我们称为发酵的生物过程，改变了储存的产品。大多数宏观生物利用氧气氧化摄入的营养物质来获取能量，而发酵型生物则可以通过其他途径氧化糖类，获得维持生命所需的细胞能量。例如，Saccharomyces cerevisiae（酿酒酵母）将麦芽中的葡萄糖转化为乙醇，从而酿成啤酒；Lactobacillus（乳杆菌）将乳糖转化为乳酸，从而制成奶酪。
人类注意到了这种变化，而且与原始产品相比，其感官特性还得到了改善。就像驯化动物和植物一样，人类决定驯化微生物为己所用。动物和植物需要修建圈栏、挖掘地洞，而微生物的情况则略有不同。发酵微生物需要若干条件才能良好生长，例如缺氧（厌氧环境）和高湿度。这促使人类发挥创造力，设计出能够维持这些条件的容器，这就是生物反应器（又称发酵罐）的起源。
最早明确用于发酵的陶器（因此可视为最早的生物反应器）的证据可追溯到公元前 7000 年的中国，当时用于发酵大米、蜂蜜和水果的混合物。第二古老的发酵证据晚了 1500 年，发现于伊朗。此后，人们又发展出其他发酵产品，例如约公元前 3000 年埃及的发酵面包，以及约公元前 2000 年底格里斯河流域的腌黄瓜。虽然发酵通常用于
烹饪，但也可能具有药用价值。约公元前 500 年，中国人就发现发霉的发酵大豆可用于治疗感染的伤口。他们并不知道自己使用的是由真菌产生的青霉素。事实上，人类又等待了 2400 多年，才在一次偶然事件中发现了青霉素本身。Ian Fleming 博士度假归来，发现培养皿中生长的Staphylococcus（葡萄球菌）培养物被某种霉菌污染了。这种名为 Penicillium rubens 的霉菌能够抑制
细菌的生长，其方式是产生阻止其他微生物增殖的化学物质。尽管这一发现意义重大，但起初并未受到重视。直到 Fleming 等人证明感染Staphylococcus（葡萄球菌）的小鼠存活率有所提高，这一发现才引起科学界的关注。当时青霉素的生产过程极其缓慢且耗费资源，需要制备用于培养真菌的培养液，并使用任何能找到的容器进行培养，甚至包括便盆和浴缸。
就在青霉素被发现之前，研究人员已经在开发用于微生物培养的反应器方面取得了进展。曼彻斯特的 Chaim Weizmann 开发了大型容器，可维持适合微生物生产丙酮的条件，而丙酮当时用于制造炸药。Strauch 和 Schmidt 开发了可通入水和蒸汽的管路，用于清洗反应器并实现无菌条件。然而，正是提高青霉素产量的需求，有力推动了生物反应器的发展。到 1945 年，利用工业反应器已生产出 7 万亿单位的青霉素。此后，生物反应器发展迅速，改进包括多罐系统、大容积反应器以及灭菌工艺（高压灭菌、冷冻干燥）。直到 20 世纪 90 年代，细菌一直是生物反应器的主要培养对象；然而，生物反应器经历的各项创新使其能够培养来自其他生物界的细胞，例如动物细胞（包括哺乳动物细胞和昆虫细胞）以及藻类。可使用不同类型细胞的灵活性带来了更广泛的产品，例如疫苗。
由此可见，尽管现代生物反应器看起来崭新闪亮，但这类技术的基本原理早已伴随人类很长时间。人类、微生物、细胞和反应器之间悠久的相互关系为我们带来了重要的进步。在此过程中积累的经验教训，使我们如今不仅拥有各种不同设计的发酵罐，还拥有多种有助于建设更健康、更可持续、更安全世界的产品和技术。H.E.L 制造的生物反应器（BioXplorer）正是其中的典范，已被用于去除温室气体（如 CO2），或以更环保的方式生产生物燃料。