Пеніцилін був виділений у 1928 році Олександром Флемінгом із штаму гриба виду Penicillium notatum на основі випадкового відкриття: попадання в культуру бактерій суперечка пліснявого гриба із зовнішнього середовища справило на бактеріальну культуру бактерицидну дію.
Природним продуцентом пеніцилінів є гриби роду Penicillium, найактивніший із природних пеніцилінів – бензилпеніцилін, що застосовується з кінця 1940-х років.
Навколо кожної плями цвілі Флемінг помітив область, де бактерій був. Із цього він зробив висновок, що пліснява виробляє речовину, що вбиває бактерії. Згодом він виділив молекулу, нині відому як «пеніцилін».