20世纪70年代中期，德国默克公司在筛选作用于细菌细胞壁生物合成抑制剂的过程中，从卡特利链霉菌（ Streptomyces cattlelya）发酵液中分离得到了第一个碳青霉烯类化合物硫霉素。硫霉素具有与细菌细胞外膜青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins，PBPs）结合的能力，通过阻碍细菌细胞壁黏肽合成，进而造成细菌胞壁缺损，菌体膨胀，细胞渗透压改变并导致细胞溶解。硫霉素对多种细菌（如大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌和脆弱拟杆菌等）产生的多数β-内酰胺酶［如超广谱β-内酰胺酶（extended-spectrum β-lactamases，ESBLs）、AmpC酶等］稳定，使其最小抑菌浓度（minimum inhibitory concentrations，MIC）较青霉素类和头孢菌素类明显下降，抗菌活性更强。因此，兼备强大杀菌作用且对β-内酰胺酶稳定的硫霉素是第一个严格意义上的碳青霉烯类抗菌药物，也是后来所有碳青霉烯类抗菌药物的始祖和合成“母板”。1976年，在第16届抗微生物制剂及化疗跨学科国际会议上，硫霉素的强大抗菌能力和对β-内酰胺酶的稳定性被公开报道，碳青霉烯类抗菌药物首次进入公众视野。但受到自身结构不稳定（pH 8.0即可水解）和当时纯化技术的影响，硫霉素的产量始终很低。种种不利因素敦促科学家们寻找结构与产量更加稳定的替代物，基于硫霉素的衍生物被寄予了更高的期望。

1977年，默克公司基于对硫霉素半合成结构修饰后的第一个 N-亚胺甲基衍生物专利获批，即亚胺培南（imipenem）。1985年上市后，至今仍是临床使用广泛、评价较高的品种之一。1994年，另一个与亚胺培南结构相似的碳青霉烯类抗菌药物帕尼培南，由第一三共株式会社研制成功并在日本率先上市。与硫霉素相同，这两种衍生物均显示出对PBPs的高亲和力和对β-内酰胺酶的稳定性，自身结构更加稳定。然而，亚胺培南可被源于肾小管上皮细胞刷状缘膜的脱氢肽酶（DHP-1）分解，帕尼培南虽然对DHP-1稳定，但易在肾皮质蓄积而导致肾毒性，因此两者必须分别与DHP-1抑制剂西司他丁或促排剂倍他米隆联合使用。同年，新一代碳青霉烯类抗菌药物美罗培南（meropenem）由住友公司成功研发并率先在意大利上市。随后，比阿培南（biapenem）、厄他培南（ertapenem）、多尼培南（doripenem）、替比培南（tebipenem）分别由惠氏、默克、盐野义和明治公司研发并先后在美国和日本上市，均获得了较高的临床评价（表1-1）。新一代碳青霉烯类抗菌药物的最大特点是在C-1β位点引入了甲基，这种修饰使得新型碳青霉烯类药物对DHP-1的稳定性大大提高，均可单独使用。