光合作用通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能，將二氧化碳和水合成高能有機物，同時釋放氧氣的過程。主要包括光反應和暗反應兩個階段，涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應步驟，對實現自然界能量轉換和維持大氣中碳氧平衡具有重要意義。
人類只知道光合作用大約300年，但植物早在30億年前就進化出了這種功能。科學家通過觀察南羅得西亞石灰巖中原始藻類的結構得出了這壹結論。然後，在水中生活了26億年，在陸地上生活了4億年之後，現代生物在光合系統中進化。
兩千多年前，人們受古希臘著名哲學家亞裏士多德的影響，認為植物是由“土汁”構成的，即植物生長發育所需的物質完全來自土壤。
然而，在1648年，比利時醫生赫耳蒙特通過種植柳樹得到了意想不到的結果。他稱了柳樹和土壤的重量，然後種了下去。五年後，他發現柳樹增加了75公斤，但土壤只減少了57克。赫耳蒙特認為柳樹的生長物質來自他用來澆灌樹木的水，但是他忽略了植物的生長需要空氣和陽光。然而，這是植物營養研究中定量實驗的第壹次偉大嘗試。
直到1727年，英國植物學家斯蒂芬·黑爾斯才提出空氣應該作為植物生長的營養的觀點。英國著名化學家約瑟夫·普利斯特列用實驗證明綠色植物從空氣中吸收養分。
1771年，英國的普裏斯特利發現，植物可以恢復因蠟燭燃燒而變得“糟糕”的空氣。他做了壹個著名的實驗。他把點燃的蠟燭和壹只老鼠放在壹個封閉的玻璃罩裏。蠟燭很快就熄滅了，老鼠很快就死了。然後，他把壹盆植物和壹支點燃的蠟燭放在壹個封閉的玻璃罩裏。他發現植物可以存活很長時間，蠟燭也不會熄滅。同樣，植物和老鼠可以在封閉的玻璃罩中正常生活。最後，他得出結論，植物可以更新蠟燭的燃燒和動物呼吸的汙染空氣。但是他沒有發現光的重要性。因為他的突出貢獻和實驗完成是1771年，所以把這壹年定為發現光合作用的年份。
然而，重復他的實驗並不總是成功的。直到1779年，荷蘭植物生理學家Ingenhaus發現，植物只有給它們提供足夠的光照，才能“凈化”空氣。此外，他還發現植物不僅能在黑暗中凈化空氣，還能像動物壹樣把好的空氣變壞。這些實驗為人類理解光合作用奠定了基礎。
1782年，瑞士的J.Senebier通過化學分析指出，植物凈化空氣的活性除了光以外，還依賴於固定的空氣(也就是後來知道的二氧化碳)，但由於當時化學發展的水平，人們並不知道植物在黑暗中釋放了什麽氣體。
直到1785人們搞清楚了空氣的成分，才清楚地認識到植物的光合作用釋放的是氧氣，而二氧化碳是在呼吸過程中釋放的。這時，人類對光合作用有了更深刻的認識。
在接下來的兩百年裏，無數科學家繼續對光合作用進行深入研究，取得了許多成果。
1804年，瑞士人N. T .德索緒爾通過定量實驗證明了植物產生和釋放的有機物總量大於消耗的CO2，進壹步證明了光合作用和水參與了反應。
1864年，J. V. Sachs發現暴露在碘中的葉子會變藍，證明光合作用形成碳水化合物(澱粉)。
19年底證明光合作用的原料是空氣中的CO2和土壤中的H2O，能量是太陽輻射，產物是糖和O2。
20世紀初，光合作用的分子機制取得了突破。裏程碑式的工作是威爾施塔特等人(1915)因提純葉綠素並闡明其化學結構而獲得諾貝爾獎。
從1940s到1950s末，M. Calvin用14C研究了光合碳同化作用，闡述了CO2轉化為有機物的生化途徑。m . Calvin 1961獲得諾貝爾獎。隨後，CAM途徑(M. Thomas，1960)和C4途徑(M. D. Hatch和C. B. Slack，1966)相繼被確定。
1965年，R. B .伍德沃德因其在葉綠素分子全合成方面的工作獲得了諾貝爾獎。
1980年代末，Deisenhofer等人確定了光合細菌反應中心的結構，在了解膜蛋白復合體的細節和光合初級反應的研究方面取得了突出的進展，獲得了1988的諾貝爾獎。
1992年，馬庫斯因研究包括光合作用電子轉移在內的生命系統電子轉移理論而獲得諾貝爾獎。
1990年代末，催化光合磷酸化和呼吸氧化磷酸化的酶的動態結構和反應機理的研究取得了很大進展。沃克和博耶獲得了1997的諾貝爾獎。
此外，值得壹提的是，自然界中發現了三種光合系統:C3、C4和CAM植物。
生物通過數十億年的進化獲得了這種神奇的能力，將太陽能轉化為化學能，並儲存在形成的有機化合物中。每年光合作用同化的太陽能約為人類所需能量的10倍。儲存在有機物中的化學能不僅為植物本身和所有異養生物所利用，也是人類營養和活動的能量來源。相信隨著研究的深入，會有更多的重要發現，將人類利用能源的能力推向壹個新的高度。