细胞核是最早发现的细胞器,由弗朗兹·鲍尔(Franz Andreas Bauer)在1802年对其进行最早的描述。到了1831年,苏格兰植物学家罗伯特·布朗又在伦敦林奈学会的演讲中,对细胞核做了更为详细的叙述。布朗以显微镜观察兰花时,发现花朵外层细胞有一些不透光的区域,并称其为“areola”或“nucleus”。不过他并未提出这些构造可能的功用。马蒂亚斯·许莱登在1838年提出一项观点,认为细胞核能够生成细胞,并称这些细胞核为“细胞形成核”(Cytoblast)。他也表示自己发现了组成于“细胞形成核”周围的新细胞。不过弗朗兹·迈恩对此观念强烈反对,他认为细胞是经由分裂而增殖,并认为许多细胞并没有细胞核。由细胞形成核作用重新生成细胞的观念,与罗伯特·雷马克及鲁道夫·菲尔绍的观点冲突,他们认为细胞是单独由细胞所生成。至此,细胞核的机能仍未明了。在1876到1878年间,奥斯卡·赫特维希的数份有关海胆卵细胞受精作用的研究显示,精子的细胞核会进到卵子的内部,并与卵子细胞核融合。首度阐释了生物个体由单一有核细胞发育而成的可能性。这与恩斯特·海克尔的理论不同,海克尔认为物种会在胚胎发育时期重演其种系发生历程,其中包括从原始且缺乏结构的黏液状“无核裂卵”(Monerula),一直到有核细胞产生之间的过程。因此精细胞核在受精作用中的必要性受到了漫长的争论。赫特维希后来又在其他动物的细胞,包括两栖类与软体动物中确认了他的观察结果。而爱德华·施特拉斯布格也从植物得到相同结论。这些结果显示了细胞核在遗传上的重要性。1873年,奥古斯特·魏斯曼提出了一项观点,认为母系与父系生殖细胞在遗传上具有相等的影响力。到了20世纪初,有丝分裂得到了观察,而孟德尔定律也重新见世,这时候细胞核在携带遗传讯息上的重要性已逐渐明朗。