1987年，大阪大学的石野义泉博士和他的团队在大肠杆菌中观察到“具有重复序列的异常排列”，首次定义了CRISPRs。然而，由于缺乏先进的DNA序列技术和足够的序列数据（测序过程尚未自动化），这些阵列的功能仍然是个谜。直到1993年，西班牙阿利坎特大学的Francisco Mojica博士才首次确定了现在被称为CRISPR基因组的特征。大约十年后，Mojica及其同事报告了他们在2000年观察到的不同重复序列具有共同的特征。荷兰乌得勒支大学的Ruud Jansen博士也在寻找额外的重复序列，他们合作发明了CRISPR一词，以避免与科学文献中用于描述序列的其他缩写词混淆。Jansen是第一个鉴定出CRISPR相关蛋白，即Cas蛋白的人，他鉴定了前四种Cas蛋白（Cas1到Cas4），并在2002年发表了这些发现。他指出，这些Cas蛋白存在于原核生物（古菌和细菌）中，但不存在于真核生物或病毒中。2005年，Mojica还报道了这些序列与噬菌体基因组的片段相匹配。这一发现导致了CRISPR是一种适应性免疫系统的假说出现。

Philippe Horvath博士及其同事于2007年发表了CRISPR是一种适应性免疫系统的第一个实验证据。他们证明，Cas基因并不能直接提供抗性，而是减轻了外源DNA的额外片段（间隔序列）以及重复序列的插入。CRISPR间隔序列随后被用作对抗感染的免疫学记录。

Cas蛋白序列和CRISPR-Cas基因位点的基因组结构显示出广泛的多样性，并且正在快速进化。目前，已经鉴定出2大类、6种主要类型和超过33种的Cas蛋白亚型，我们对Cas蛋白多样性的了解还在继续扩大。例如，我们现在也知道一些Cas蛋白，如Cas9或Cas12，会切割DNA，而Cas13蛋白会切割RNA。