精子冷凍儲存的歷史可以追溯至1776年，義大利神父、生理學家Lazaro Spallanzani首次報道可用雪冷凍儲存精子活性。然而，直到1866年才有Montegazza提出“允許使用戰場上陣亡的戰士事先凍存於家中的精子獲得合法繼承人”。
二十世紀30年代晚期至40年代早期，許多研究發現，精子可冷凍保存於-321F(-160C)以下的低溫環境中。在冷凍保護劑(如甘油)出現以前，復甦後精子的存活率一直比較低。當冷凍保護劑被發現後，精子的冷凍技術在動物育種領域到飛速發展。牛精液冷凍復甦後的受孕率約為65％。
1953年，報道了第一例使用人冷凍精子得到妊娠的案例。它是使用乾冰(-78C)冷凍精子。復甦後的精子可使卵子受精並最終得到正常子代。人精子冷凍技術在技術層面是切實可行的。然而，人工授精在倫理和法律方面所引發的爭論使得該技術的使用一直被擱淺，直至1963年，第11屆國際遺傳學大會才打破了上述限制，人們開始關注人類精子庫的建立。
1963年發展出一種新的精子冷凍技術。該方法是先以液氮蒸汽薰蒸精子後，置於-196C貯存。隨後報道了使用該方法可得到正常子代。1953之後，冷凍技術不斷進行優化，使得建立達到臨床使用標準的精子庫成為可能。精子庫建立後，世界各地都有通過該方法獲得健康寶寶的報道。二十世紀70年代，精子庫的發展規模更為壯大，使用捐精或者夫精/伴侶精子通過人工授精的手段助孕的應用變得更為廣泛。
在近三十年間，精子庫得到進一步的提高和發展。將精子凍存於液氮(-384F/-196C)中成為了操作常規，冷凍保護劑的使用也更為廣泛。這些改良帶來以下幾點好處：
（1)優化了精子冷凍時的pH值和滲透壓;
（2)為精子提供能量，減少了細胞內磷脂的消耗;
（3)系統中加入抗生素，防止細菌汙染;
（4)稀釋精子，防止因精子密度過高而導致的精子存活率降低。冷凍保護劑的商品化和程式降溫儀的使用使得精子冷凍成一種標準化高，可重複性好的實用技術。
輔助生殖技術的發展推動了精子庫的發展。單精子卵胞漿內注射技術可使那些僅有少數不活動的活精子的男性獲得子代。甚至可以使用睪丸中取出的精子與卵子結合得到後代。這些技術豐富了精子庫的應用範圍。
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