ส่วนต่าง ๆ ของสัตว์ (The Parts of Animals) ของอาริสโตเติลบันทึกรายละเอียดของทัศนะของเขาต่อเมแทบอลิซึมพอให้สร้างแบบจำลองการไหลเปิดได้ เขาเชื่อว่าในกระบวนการแต่ละขั้น มีการแปลงวัสดุจากอาหาร โดยมีการปลดปล่อยความร้อนเป็นธาตุไฟคลาสสิก และวัสดุที่เหลือถูกขับออกในรูปปัสสาวะ น้ำดีหรืออุจจาระ[132]

อิบน์ อัล-นะฟิส (Ibn al-Nafis) อธิบายเมแทบอลิซึมในงานชื่อ الرسالة الكاملية في السيرة النبوية (ศาสตร์นิพนธ์กะมิลว่าด้วยชีวประวัติของศาสดา) ซึ่งมีวลีต่อไปนี้ "ทั้งร่างกายและส่วนประกอบของมันอยู่ในสถานะสลายและได้รับการบำรุงต่อเนื่อง ฉะนั้นจึงต้องเปลี่ยนแปลงถาวรอย่างเลี่ยงไม่ได้"[133] ประวัติศาสตร์การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของเมแทบอลิซึมกินเวลาหลายศตวรรษและเปลี่ยนจากการตรวจสอบสัตว์ทั้งตัวในการศึกษาแรก ๆ มาเป็นการศึกษาปฏิกิริยาเมแทบอลิกเดี่ยว ๆ ในชีวเคมีสมัยใหม่ การทดลองเรื่องเมแทบอลิซึมของมนุษย์ที่มีการควบคุมครั้งแรกมีการจัดพิมพ์โดยซันโตรีโอ ซันโตรีโอในหนังสืออาส์เดสตาตีกาเมดีซีนา (Ars de statica medicina) ค.ศ. 1614[134] เขาอธิบายน้ำหนักของเขาก่อนและหลังการกิน นอน ทำงาน ร่วมเพศ อดอาหาร ดื่มและขับถ่าย เขาพบว่าอาหารส่วนใหญ่ที่เขารับประทานเสียไปกับสิ่งที่เรียก "การออกเหงื่อสัมผัสไม่ได้"

ในการศึกษาแรก ๆ เหล่านี้ ไม่มีการระบุกลไกกระบวนการเมแทบอลิกเหล่านี้และคิดกันว่าพลังชีพเป็นสิ่งที่ทำให้เนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตมีชีวิต[135] ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 ขณะกำลังศึกษาการหมักน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์ของยีสต์ หลุยส์ ปาสเตอร์สรุปว่า การหมักถูกเร่งปฏิกิริยาโดยสารที่อยู่ในเซลล์ยีสต์ซึ่งเขาเรียกว่า "เอ็นไซม์" (ferments) เขาเขียนว่า "การหมักแอลกอฮอล์เป็นการกระทำที่ต้องกันกับชีวิตและการจัดระเบียบของเซลล์ยีสต์ ไม่ใช่กับความตายหรือการเน่าสลายของเซลล์"[136] การค้นพบนี้ ร่วมกับการจัดพิมพ์ของฟรีดริช เวอเลอร์ใน ค.ศ. 1828 ของเอกสารว่าด้วยการสังเคราะห์เคมียูเรีย[137] และมีความสำคัญที่เป็นสารประกอบอินทรีย์แรกที่เตรียรมขึ้นจากสารตั้งต้นอนินทรีย์ทั้งหมด อันเป็นการพิสูจน์ว่าสารประกอบอินทรีย์และปฏิกิริยาเคมีที่พบในเซลล์ไม่มีความแตกต่างในหลักการกับเคมีส่วนอื่น

การค้นพบเอ็นไซม์ (enzyme) ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 โดยเอดูอาร์ด บุชเนอร์เป็นการแยกการศึกษาปฏิกิริยาเคมีเมแทบอลิซึมจากการศึกษาทางชีวภาพของเซลล์ และเป็นจุดเริ่มต้นของวิชาชีวเคมี[138] ปริมาณความรู้ด้านชีวเคมีเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตลอดต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักชีวเคมีสมัยใหม่ที่สำคัญที่สุดคนหนึ่ง คือ ฮันส์ เครบส์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญต่อการศึกษาเมแทบอลิซึม[139] เขาค้นพบวัฏจักรยูเรียและต่อมารวมถึงวัฏจักรกรดซิตริกและวัฏจักรไกลออกซีเลต[140][67] โดยทำงานร่วมกับฮันส์ คอร์นเบิร์ก การวิจัยชีวเคมีสมัยใหม่ได้รับการช่วยเหลืออย่างมากจากการพัฒนาเทคนิคใหม่อย่างโครมาโทกราฟี การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เอ็นเอ็มอาร์สเปกโตรสโคปี การติดฉลากไอโซโทปกัมมันตรังสี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และแบบจำลองพลวัตโมเลกุล เทคนิคเหล่านี้ทำให้เกิดการค้นพบและดารวิเคราะห์ในรายละเอียดของหลายโมเลกุลและวิถีเมแทบอลิกในเซลล์