20世纪，酶学、酶工程的发展为生物催化反应学科的形成提供了基础。一方面发现了更多的酶，并注意到某些酶的作用需要有低分子物质（辅酶）参加；另一方面发现，除了“经典”酶以外，某些生物分子也具有催化活性。

20世纪80年代以来，基因工程技术用于酶学研究得到了重视。应用DNA重组技术可以生产出高效能、高质量的酶产品，用定点突变法在指定位点突变，可以改变酶的催化活性与专一性，这有助于认识酶的作用机理，并为设计特定需要的酶奠定基础，如乳酸脱氢酶可以通过在活性部位引入3个特点的氨基酸侧链突变成为苹果酸脱氢酶。定向进化技术（directed evolution）的发展可以在分子水平构建所需要的生物催化剂，通过增强基因改变蛋白质的某种特性（耐温、耐酸碱），使其更有利于生物催化反应。

现代科学技术的发展使人们能够在极端环境下（高温、高压、高盐、低盐及酸碱、有机溶剂环境等）收集到新酶，从而带动生物催化技术的进一步发展。

生物催化反应的应用促进了酶工程的形成。1906年，瓦尔堡采用肝脏提取物水解消旋体亮氨酸酯制备L-亮氨酸。1908年，罗森贝格用杏仁（D-羟氰化酶）作为催化剂合成具有光学活性的氰醇。1936年，彼得逊发展脂肪酶在有机溶剂苯存在的条件下能改进酶催化的酯合成。1949年，日本采用深层培养获得羟甲基淀粉酶，使酶制剂生产应用进入工业化。1959年，由于用葡萄糖淀粉酶催化淀粉生产葡萄糖的新工艺研究成功，彻底废除了原来葡萄糖需要高温高压的酸水解工艺，并使淀粉的产糖率从80%达到100%，大大促进了酶在工业上的应用。最近，来源于基因重组微生物的新型转基因糖化酶，在美洲、欧洲、亚洲等世界各地得到应用。1960年，诺华公司通过对地衣芽孢杆菌研究培养发酵大规模制备了蛋白酶，酶的商业化生产进入新的阶段。(www.daowen.com)

20世纪80年代以后，许多研究发现大多数酶在非水介质中也比较稳定，具有相当高的催化活性，因此许多合成过程中以生物催化剂（酶）代替传统的化学催化剂获得了成功。1984年以来，美国麻省理工学院Zaks和Klibanow教授为首的研究小组，一直从事非水相酶促反应的研究，取得瞩目的成绩。随着非水相酶学进一步发展，生物催化的介质工程等生物催化新技术在化学工业、医药工业和聚合物工业等领域得到应用。

生物信息学和代谢工程的发展为生物催化剂的构建提供了分子水平的平台。各种生物体的基因组学和蛋白质组学的快速发展，不仅为人类开发治疗新药和改良物种提供了分子水平的基础，而且为生物催化技术应用于生产化学品提供了前所未有的特殊机遇。微生物代谢工程选育菌种，获得新型高效的生物催化剂已进入商业化阶段。