Энрике Облитас Поблете в 1963 году в своей книге «Культура кальяуайя» описал использование пенициллина в лечебной практике индейских знахарей народности кальяуайя, которые при инках были привилегированной кастой «носильщиков паланкина» и лекарями Великого Инка. Пенициллин знахари кальяуайя открыли в эпоху инков из смеси грибков и различных растений. Возможно также что знания о пеницилиннах и грибках рода пенициллум кальяуайя почерпнули из дошедших до их времени книг, оставленных працивилизацией.
Пенициллин — первый антибиотик — полученный на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Он был выделен в 1928 году Александром Флемингом из штамма гриба вида Penicillium notatum на основе случайного открытия: попадание в культуру бактерий спор плесневого гриба из внешней среды оказало на бактериальную культуру бактерицидное действие.
В 1940—1941 годах английский бактериолог Хоуард У. Флори и биохимики Эрнст Чейн и Норман У. Хитли работали над выделением пеницилина и разрабатывали технологию его промышленного производства сначала в Англии и, затем, в США. Они же впервые применили пенициллин для лечения бактериальных инфекций в 1941 году. В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях».
В СССР первые образцы пенициллина получили в 1942 году микробиологи З. В. Ермольева и Т.И. Балезина. Зинаида Виссарионовна Ермольева активно участвовала в организации промышленного производства пенициллина. Созданный ею препарат пенициллин-крустозин ВИЭМ был получен из штамма гриба вида Penicillium crustosum.
Пенициллины длительное время были основными антибиотиками, широко применявшимися в клинической практике во всех технологически развитых странах. Затем, по мере развития фармакологии, были выделены и синтезированы антибиотики других групп. Однако несмотря на большое разнообразие групп антибиотиков на современном фармацевтическом рынке и развитие резистентности к пенициллинам у многих бактерий-патагенов, пенициллины по-прежнему занимают достойное место в терапии инфекционных заболеваний, ибо основным показанием к назначению того или иного антибиотика в настоящее время является чувствительность к его действию патогенной микрофлоры, а также минимальное количество побочных эффектов от применения антибиотика.