El primer trasplasnte de médula ósea fue realizado en 1958 por Georges Mathé, oncólogo francés. El procedimiento se llevó a cabo para intentar salvar la vida de seis investigadores nucleares que habían sido sometidos a radiaciones por accidente en el Vinca Nuclear Institute. Aunque todos los pacientes sufrieron rechazo al trasplante Mathé comprendió la necesida de mejorar el procedimiento, ya que se trataba de un gran potencial para el campo de la inmunoterapia y de la oncología.
Tras años de investigación, Georges Mathé logró mejorar la técnica, convirtiéndose en el pionero del uso de trasplante de médula ósea en el tratamiento contra la leucemia. Demostró que los pacientes, hasta entonces incurables, podían ser curados, además estudió la posibiliad de que el sistema inmune propio de las personas pudiera ser usado para luchar contra el cáncer y otras enfermedades.
El trasplante de células madre fue evolucionando usando células madre de la médula ósea, por un equipo en el Centro de Investigación de Cáncer Fred Hutchinson desde 1950 a 1970 por E. Donnall Thomas, cuyo trabajo fue reconocido posteriormente con el precio Nobel de Medicina. El trabajo de Thomas mostró que las células de la médula ósea se infundían intravenosamente, lo cual hacía que se produjeran nuevos glóbulos rojos. Su trabajo también redujo la posibilidad de desarrollar una complicación potencial denominada enfermedad del injerto contra huésped.
Estos malos resultados no eran más que la consecuencia del desconocimiento del sistema mayor de histocompatibilidad humano que no fue descrito hasta 1958 por Jean Dausset, premio Nobel en 1980). Es por ello que, hasta 1968, no se realizaron los que se consideraban los primeros trasplantes de médula ósea de la "era moderna", ya que en ambos casos era un hermano HLA-idéntico.
Además de este progreso, en la década de 1960 se lograron avances en otros aspectos relevantes, como las mejoras en el soporte transfusional, la profilaxis antibiótica, el tratamiento de las infecciones y el conocimiento de los tratamientos de acondicionamiento.
En 1970, ya se habían realizado más de 200 trasplantes a pacientes con leucemias agudas y se empezaron a ver las diferencias entre los trasplantes autólogos (del propio receptor a sí mismo) y alogénicos (de un donante).
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