CRISPR由日本学者于1987年首次发现，当时并未能确定其主要功能。1995年西班牙科学家第二次发现了类似的结构，之后在其他一些细菌中陆续发现相似的基因结构。后来通过多种细菌的全基因组测序发现，这种串联重复结构广泛存在于细菌和古细菌中。2002年，荷兰学者R.詹生^[注]等正式将其命名。2005年，3个研究小组同时发现CRISPR序列中的间隔序列与宿主菌的染色体外遗传物质具有高度的同源性，从而推测其功能可能与细菌抵抗外源遗传物质的入侵有关。2006年，美国国立卫生研究院的科研人员通过生物信息分析手段预测CRISPR系统可能以一种类似于真核生物的RNA干扰（RNAi）方式行使其免疫功能。根据这一预测，科学家们开始了相关的验证工作，并先后发现在细菌中CRISPR系统可以对抗噬菌体的入侵以及阻止外源质粒的转移，并首次利用实验验证了CRISPR系统的功能。这一系列的发现使得越来越多的研究人员开始关注CRISPR系统及其应用前景，并使其成了一个热门的研究领域。2013年，CRISPR/Cas9基因组编辑技术被《科学》杂志列为2013年年度十大科学进展之一及十大突破之一。

发现的CRISPR系统有Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型，其中Ⅱ型的组成较为简单，也是研究深入的类型。Ⅱ型CRISPR系统由Cas9蛋白及其指导RNA（gRNA）组成，使用的Cas9蛋白主要源自酿脓链球菌和嗜热链球菌的两种Cas9蛋白。在Ⅱ型系统中，前体CRISPR RNA（pre-crRNA）的加工由Cas9单独参与，Cas9拥有在氨基末端的RuvC和蛋白质中部的HNH两个独特的活性位点，这两个位点在crRNA成熟和双链DNA剪切过程中发挥主要作用。此外，在pre-crRNA转录的同时，与其重复序列互补的反式激活crRNA（trans-activating crRNA; tracrRNA）也同时转录出来，并且激发Cas9和双链RNA特异性RNase Ⅲ核酸酶对pre-crRNA的加工。加工成熟后，crRNA、tracrRNA和Cas9组成复合体，识别并结合于与crRNA互补的序列上，之后解开DNA双链，形成R-loop，使crRNA与互补链杂交，另一条链保持游离的单链状态，然后由Cas9中的HNH活性位点剪切crRNA的互补DNA链，RuvC活性位点剪切非互补链，最终引入DNA双链断裂（DSB）。CRISPR/Cas9的剪切位点位于crRNA的互补序列下游邻近的前间隔序列临近模序（protospacer adjacent motif; PAM）的5′-GG-N18-NGG-3′特征区域中的NGG位点，而这种特征序列在每128碱基对的随机DNA序列中就会重复出现一次。

已成功应用于人类细胞、斑马鱼、小鼠以及细菌的基因组精确修饰，修饰类型包括基因定点突变、基因定点敲入、两位点同时突变和小片段的缺失。在奶制品的发酵中利用CRISPR/Cas系统增强发酵菌株对噬菌体的防御能力。而在人诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell; iPS cell）中，CRISPR/Cas9的定点突变效率至少是转录激活因子样效应物核酸酶（Transcription activator-like effector nucleases; TALEN）的2倍以上，并且诱发双等位基因的效率更高。

CRISPR干扰技术突变效率高、制作简单及成本低，已在生物医学领域引起了巨变，是具有广阔应用前景的基因组定点改造分子工具，成了具有划时代意义的基因编辑技术。