MBR的研究始于20世紀60年代的美國，當時由于受膜生產技術所限，膜的使用壽命短、水通透量小，使其在投入實際應用中遇到障礙。70年代以后，日本根據本國國土狹小、地價高的特點對MBR在廢水處理中的應用進行了大力開發和研究，使MBR開始走向實際應用。MBR工藝80年代后在日本等國得到了廣泛應用目。日本某公司對MBR工藝的污水處理效果進行了全面研究，表明活性污泥一平板膜組合工藝不僅可以高效去除有機物，且出水中不含細菌，可直接作為中水回用。目前，日本已經有100處高樓的中水回用系統采用MBR處理工藝。如日本第36137森樓和都飯店、北千住終點站大樓、東京都港區廳宿舍等，都采用膜好氧生物反應器，由好氧性的高濃度活性污泥法和超濾膜組件組合而成的水處理系統，所采用的超濾膜孔徑為10 m切割分子量為20000的聚丙烯腈平板膜組件，處理效果良好。進入90年代后，MBR工藝已經被廣泛接受。目前，這技術已在歐洲、北美及亞洲一些國家得到較快的發展，并已在水處理的許多領域廣泛應用。
MBR在我國的研究始于1993年。天津大學楊造燕教授及其領導的科研小組歷經10年時間研制了中空纖維膜,該技術被稱為"21世紀的水處理技術",該項目曾被列為國家八·五、九·五重點科技攻關項目并被國家列為"中國21世紀議程實施能力及可持續發展實用新技術",此項技術在國內處于領先水平,部分指標達到國際領先水平。