1882年，德国生物学家W.弗莱明首次将着丝粒描述为染色体上的主要收缩区域。到20世纪初，着丝粒已被定义为染色体上负责其遗传的位点。早期形态学上的定义比较笼统，随着分子生物学的不断发展，普遍从分子水平上将着丝粒定义为着丝粒特异组蛋白（centromeric specific histone H3; CENH3）与染色质结合的区域。有学者推测，着丝粒是在真核生物染色体的进化过程中产生的端粒。

着丝粒根据大小和种类可以分为局部着丝粒和散漫着丝粒两种类型。局部着丝粒通常为染色体的单个特定区域，大小从125碱基对到百万碱基对不等，又称单着丝粒（mono-centromeres），其又可细分为点状着丝粒和区域着丝粒两类。有一部分物种的着丝粒散布在整个染色体上，称为散漫着丝粒，又称全着丝粒（holo-centromeres）。

着丝粒由三个结构域组成，由外向内分别是动粒结构域、中心结构域和配对结构域。动粒结构域位于染色体主缢痕、姐妹染色单体两侧表层，可进一步细分为内中外三层。内层始终与着丝粒DNA及核小体相连，外层则提供纺锤丝的附着位点，介导染色体与微管之间的相互作用。分裂初期，外层开始装配，染色体分离完成之后，外层便会解组装。中心结构域位于动粒结构域内侧，由串联重复序列和着丝粒特异核小体组成，在分裂开始时介导动粒复合体的组装与解组装，并维持染色质与动粒复合体的紧密联系。配对结构域位于中心结构域内侧，两条染色单体在该区域中连接

着丝粒的本质是一种DNA-蛋白质复合体。

着丝粒DNA可能由特异序列、转座子或高度重复的序列组成。随着测序技术的发展，越来越多物种的着丝粒重复序列得以解析。不同于其功能的高度保守性，着丝粒区域的DNA序列在不同物种中的长度和碱基组成上差异较大，呈现快速趋异进化的趋势。

着丝粒蛋白（centromere protein; CENP）参与形成着丝点结构域，主要分为基本蛋白和临时性蛋白两大类。基本蛋白指在细胞分裂期始终存在于着丝粒的蛋白，与保持着丝粒和姐妹染色单体的结构相关，其中只有CENP-A、CENP-B和CENP-C能够与DNA序列相结合；临时性蛋白则是指在细胞分裂的间期或者分裂期短暂存在于着丝粒的蛋白，与姐妹染色单体的分离及调节有关。着丝粒蛋白中大多数为临时性蛋白，仅有少数为基本蛋白。

着丝粒可以附着纺锤丝，主要作用有参与同源染色体配对、充当姐妹染色单体黏合位点、介导分离及分裂后期启动调控等，对细胞分裂中染色体的均等分配至关重要。着丝粒的位置在每个细胞周期以及细胞分裂的各个世代之间都保持恒定，并能够稳定遗传。