因为早期该类化合物主要是从植物中分离得到，所以旧称植物碱。alkaloid一词于1818年由德国药剂师C.F.W.迈斯纳^[注]创制，意为“类碱性”。

人类应用生物碱的历史非常悠久，生物碱是许多药用植物的重要有效成分。公元前1600年，古埃及的埃伯斯纸草卷（Ebers Papyrus）中就记载了罂粟、天仙子、曼陀罗等富含生物碱的植物。中国商朝（公元前1700年左右）的甲骨文中也发现了关于乌头的记载，西汉的《五十二病方》中同样记载了乌头、花椒、佩兰等药物。中国许多重要的药用植物如罂粟、麻黄、金鸡纳、番木鳖、汉防己、莨菪、延胡索、苦参、洋金花、秋水仙、长春花、三尖杉、乌头（附子）等的主要活性物质都是其中的生物碱成分，其活性涉及肿瘤、老年性痴呆、心血管疾病、炎症、抗菌等多个方面。

生物碱由于其显著的生理活性，是研究得最早的一类生物活性成分。19世纪初罂粟中生物碱成分的发现标志着现代生物碱化学研究的开始。1804年德国药剂师F.W.A.塞尔蒂纳^[注]从罂粟中首次得到了吗啡单体。在19世纪上半叶，法国巴黎医学院的科学家P.-J.佩尔蒂埃^[注]和J.-B.卡芳杜^[注]等又陆续得到了吐根碱（1817）、番木鳖碱（1818）、马钱子碱（1819）、秋水仙碱（1820）、奎宁（1820）和蒂巴因（1835）等。同期还分离得到了胡椒碱、尼古丁、乌头碱等其他生物碱。在此基础上，各国科学家对生物碱的立体结构测定、全合成等进行了卓有成效的工作。例如，德国科学家R.威尔施泰特合成托品酮（即颠茄酮），测定了马钱子碱和蝾螈定的结构，并研究了吗啡的立体化学。英国科学家A.R.巴特斯比^[注]完成了吐根碱和奎宁的全合成。美国有机化学家R.B.伍德沃德^[注]完成了奎宁类生物碱、番木鳖碱、利血平等一系列化合物的全合成。这些基于生物碱化合物的研究大大促进了现代有机化学和药物化学的发展。一些生物碱的化学结构如下：

早期生物碱的结构鉴定是一个非常漫长的过程，从首次分离得到该化合物至完全确证结构往往要经历数十年之久。毒芹碱（coniine）是从毒参和黄瓶子草中得到的一个结构非常简单的生物碱，1827年由A.L.吉塞克^[注]首次从毒参中分离得到。1849年，J.B.布莱思^[注]推测了该结构，并最终于1881年由A.W.von霍夫曼^[注]确证了该结构。1886年，A.拉登堡^[注]对毒芹碱进行全合成，毒芹碱成为首个被合成的生物碱。吗啡于1804年从罂粟种子中分离得到，其后许多科学家对其结构尤其是立体结构进行了研究，但是直至1952年才最终由M.D.盖茨^[注]通过全合成确证了该结构。番木鳖碱的结构也是在分离得到该化合物的130多年后（1954年）才由伍德沃德通过全合成进行了确证。但是随着分离、检测和结构鉴定技术的不断进步，尤其是核磁技术的飞速发展，生物碱化合物的报道也随之增多。尤其是20世纪80年代以来，中国关于生物碱新骨架、新结构和活性的报道急剧增多，以中国科学院上海药物研究所、中国科学院昆明植物研究所、中国科学医科院药物研究所、中国药科大学、南京大学等为代表的科研院校和一大批优秀科学家，大力推动和促进了中国天然产物化学学科的发展。

生物碱化合结构复杂多变。按照其结构特点，可以分为有机胺类、吡啶衍生物类、吡咯衍生物类、莨菪烷衍生物类、奎宁衍生物类、异喹啉衍生物类、吲哚衍生物类、亚胺唑衍生物类、喹唑酮衍生物类、嘌呤衍生物类、甾体生物碱类、二萜类生物碱类等。随着新生物碱的不断发现，生物碱分类越加细致，新的类型也在不断增加。

在生物碱的研究中，中国科学家比较有代表性的工作包括麻黄碱、延胡索乙素、黄皮酰胺、石杉碱甲、长春碱类生物碱、喜树碱、乌头碱类生物碱等的研究。

麻黄碱于1887年由日本化学家长井长义^[注]从麻黄科植物麻黄中分离得到。1924年，中国药学家陈克恢首次通过动物实验验证了麻黄碱的平喘作用。1954年，中国药学家赵承嘏通过酒石酸从dl-麻黄碱中拆分得到左旋麻黄碱。麻黄碱药物仍收录在国家基本药物目录，用于治疗支气管哮喘。

延胡索乙素（见延胡索素）于1928年由赵承嘏首次从中药延胡索中分离得到。1956～1965年，中国药学家金国章证实延胡索乙素是中药延胡索发挥中枢神经药理作用的主要有效成分，具有镇痛、镇静安定和催眠作用。1980～1990年，他又阐明左旋延胡索乙素的镇痛作用主要是阻滞脑内多巴胺受体功能，抑制痛觉的传入和疼痛反应，并首次发现具有D2阻滞-D1激动双重作用的药物左旋千金藤啶碱（L-stepholidine; L-SPD）。

黄皮酰胺（clausenamide）是从芸香科黄皮属植物黄皮中分离得到的吡咯烷酮类生物碱。中国药物化学家黄量等在这方面做出了重要工作。1988年，该研究团队首先报道了从黄皮叶中分得该类具有降血清谷丙转氨酶（SGPT）活性的新酰胺化合物，并经X射线衍射法确证了结构。1994年，该团队完成了黄皮酰胺的全合成，并发现该类化合物的立体构型对其生物活性具有重要影响。中国科学家通过大量的合成和衍生化工作，证明黄皮酰胺是一类具有促智活性的先导化合物。

石杉碱甲是中国科学家首先发现的高效乙酰胆碱酯酶抑制剂。20世纪80年代由刘嘉森等从千层塔中分离得到。药理研究表明，石杉碱甲是一个可逆的、高选择性、低毒性的乙酰胆碱酯酶抑制剂，对治疗重症肌无力和早老性痴呆有显著疗效。以石杉碱甲为有效成分开发了许多药物用于治疗早脑性痴呆的各种症状，如中国科学院上海药物研究所朱大元研究团队与浙江省医学科学院共同研究开发了治疗记忆障碍的药物双益平（石杉碱甲片剂），于1996年获得新药证书。

长春碱及其衍生物是中国科学家从夹竹桃科植物长春花中分离得到的一类双吲哚生物碱。此类化合物具有较强的抗肿瘤活性，但同时存在细胞毒性强以及水溶性差等问题。已用于临床的有长春碱（vinblastine）、长春新碱（vincristine）、长春地辛（vindesine）及长春瑞宾（vinorelbine）。处于临床研究的还有长春氟宁（vinflunine）、长春甘酯（vinglycinate）及脱水长春碱（anhydrovinblastine）等。

喜树碱是从中国特有植物珙桐科喜树中分离得到的一类生物碱。研究发现喜树碱是专一性DNA拓扑异构酶Ⅰ（TOPO Ⅰ）抑制剂。喜树碱及其衍生物由于其独特的作用机制而成为抗肿瘤药物研究的热点之一。如吉咪替康（chimmitecan）是由中国科学院上海药物研究所研发的新型9位取代的脂溶性喜树碱衍生物，研究发现它在体内与体外均具有十分优异的抗癌活性。

乌头碱类生物碱是从毛茛科乌头属（Aconitum）、翠雀属（Delphinium）和飞燕草属（Consolida）植物中分离得到的一类结构复杂多变的二萜类生物碱。该类化合物在抗炎、镇痛等方面作用显著。已有高乌甲素、草乌甲素和3-乙酰乌头碱作为镇痛药物应用于临床。中国科学家王峰鹏、郝小江等均开展了大量的研究工作，获得的新乌头碱类生物碱已超过200种。