Penicilin G là kháng sinh beta-lactam đầu tiên được Fleming tìm ra vào năm 1928 và được sử dụng lần đầu tiên năm 1941 để chữa các nhiễm khuẩn do tụ cầu. Từ đó đến nay đã có nhiều kháng sinh beta-lactam mới ra đời để đạt được hoạt tính kháng khuẩn mạnh hơn, phổ rộng hơn, các tính chất dược động học, dược lực học tốt hơn và ít bị kháng bởi các beta-lactamase. Do thân nước nên beta-lactam bị thải trừ nhanh qua thận, trong khi chúng là các kháng sinh diệt khuẩn có tác dụng phụ thuộc vào thời gian, để thu được hiệu quả diệt khuẩn, beta-lactam phải có thời gian tiếp xúc dài với vi khuẩn ở nồng độ trên MIC. Do đó các kháng sinh sau này được phát triển sao cho có thể phân bố chậm vào máu sau khi tiêm bắp, hấp thu chậm sau khi uống hoặc có thể tiêm tĩnh mạch trong một thời gian dài. Ví dụ như procaine penicilin G, benzathine penicilin G, penicilin V, phenethicilin, và propicilin. Tuy nhiên tác dụng kháng khuẩn của các kháng sinh này bị giới hạn chủ yếu trên các vi khuẩn Gram dương, vì vậy, các kháng sinh sau đó được nghiên cứu nhằm mở rộng phổ sang cả các vi khuẩn Gram âm, như ampicilin, hetacilin, ciclacilin, amoxicilin. Ampicilin được gắn thêm gốc ester để làm tăng hấp thu khi dùng đường uống. Những kháng sinh là dẫn chất ester của ampicilin có thể kể tên ra như bacampicilin, talampicilin và pivampicilin. Để có thể mở rộng phổ sang Pseudomonas aeruginosa, carbenicilin, ticarcilin và mezlocilin lần lượt được tổng hợp. Carbenicilin cũng được gắn thêm gốc ester để có thể dùng được bằng đường uống [32].
Năm 1945, Giuseppe Brotzu tìm ra cephalosporin đầu tiên. Sau hơn 60 năm, đã có hơn 50 kháng sinh nhóm cephalosporin được phát triển để có hoạt tính diệt khuẩn mạnh hơn và phổ rộng hơn. Nếu các kháng sinh cephalosporin thế hệ một có hoạt tính kháng khuẩn trên các vi khuẩn thông thường như Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Escherichia Coli và Klebsiella spp. Các kháng sinh
cephalosporin thế hệ hai có phổ tương tự các cephalosporin thế hệ một nhưng có hoạt tính mạnh hơn trên một số vi khuẩn ít gặp. Các kháng sinh cephalosporin thế hệ ba có hoạt tính mạnh hơn với các vi khuẩn Gram âm thông thường và các tác nhân gây bệnh cơ hội, tuy nhiên hoạt tính trên vi khuẩn Gram dương bị giảm đi [32]. Đến nay, beta-lactam có 4 nhóm: penicilin, cephalosporin, carbapenem, monobactam [15].
Beta-lactam là kháng sinh được sử dụng phổ biến nhất trên lâm sàng hiện nay do beta-lactam được phân bố vào nhiều vị trí khác nhau trên cơ thể, nên có thể điều trị được nhiều bệnh nhiễm khuẩn, ít độc tính nên có thể tăng liều điều trị được trên nhiều mức độ nhiễm khuẩn [1, 15].