產甲烷菌是嚴格厭氧的微生物，在嚴格厭氧技術發明之前，產甲烷菌的分離培養研究進展緩慢。巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)和甲酸甲烷桿菌(Methanobacterium formicium)是最早分離出的產甲烷菌微生物；1950 年 Hungate 厭氧分離技術的使產甲烷菌的研究得到迅速的發展。1974年《伯杰氏鑒定細菌學手冊》第八版以產甲烷菌的形態作為分類依據，將其描述為一個獨立的科。 [2]第九版《伯杰系統細菌學手冊》中產甲烷菌的分類以系統發育的方法劃分，包括 5 個大目：甲烷桿菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷 八 疊 球 菌 目(Methanosarcinales)、甲 烷 微 菌 目(Methanomicrobiales)和甲烷火菌目(Methanopyrales)(Liu and Whitman, 2008； 陳森林, 2010)，每個目的產甲烷菌包含多個科屬，現已命名的 10 科、31 屬分屬上述5個目的產甲烷菌。 [3]
近年來，隨著厭氧分離技術的改進，結合先進的鑒定手段和分析方法，更多種類的產甲烷菌菌株被鑒定出來。在分類學上，產甲烷菌被分別描述為甲烷桿菌綱(Methanobacteria)、甲烷球菌綱(Methanococci)、甲烷微菌綱(Methanomicrobia)和甲烷火菌綱(Methanopyri)，這4 個綱包括 7 目、14 科、35 屬。其中甲烷微菌綱(Methanomicrobia)有 4目、9科、25屬，是研究最多的產甲烷微生物類群。