合成生物学是一门将工程学原理与分子生物学相结合的新兴学科，其核心理念是将生命系统视为可以进行标准化设计和改造的"生物机器"。如果说传统生物学是"discovery science"（发现科学），那么合成生物学就是"creation science"（创造科学）。
合成生物学的发展历程中有几个里程碑事件：
2010年，美国科学家克雷格·文特（Craig Venter）团队创造了世界上第一个"合成生命"——Synthia（JCVI-syn1.0）。他们人工合成了丝状支原体的完整基因组（约100万个碱基对），并将其移植到去除了基因组的山羊支原体细胞中，创造了由人工合成基因组控制的新细胞。这一成果被《科学》杂志评为年度十大科学突破。
2014年，国际酵母基因组合成计划（Sc2.0）启动，目标是人工合成酿酒酵母的全部16条染色体。2017年，中国科学家成功合成了酵母的第2、第5、第6、第10、第12号染色体，在该计划中贡献了超过三分之一的工作量。中国成为合成酵母基因组最多的国家。
合成生物学的核心工具包括：
基因编辑——CRISPR-Cas9技术让基因编辑变得像"分子剪刀"一样精准，可以插入、删除、替换特定DNA序列。
基因合成——DNA合成技术可以将数字信息"写入"DNA分子，构建自然界不存在的基因序列。
基因线路设计——借鉴电子工程学中的逻辑门概念，设计具有特定功能的基因调控网络，如开关、振荡器、逻辑门等。
合成生物学的应用前景极为广阔：
生物制造——通过工程化微生物生产药物、燃料、材料、食品成分等。如利用酵母生产青蒿素前体，利用大肠杆菌生产生物可降解塑料PHA等。
人工合成淀粉——2021年，中国科学家首次实现了从二氧化碳到淀粉的人工合成。这一过程仅需11步核心反应，比自然界效率提高8.5倍，为未来粮食安全和碳中和提供了新思路。
医学应用——工程化T细胞用于癌症免疫治疗（CAR-T），合成基因线路用于智能药物递送，微生物组工程用于疾病诊断和治疗。
合成生物学也引发了生物安全和伦理讨论。各国正在建立相应的监管框架，确保合成生物学技术被安全、负责任地使用，防止生物误用和生物恐怖主义风险。
中国高度重视合成生物学研究。科技部已设立合成生物学重点研发计划，中国科学院天津工业生物技术研究所、深圳先进技术研究院等机构在合成生物学领域取得了多项世界级成果。