Tương tác của con người với vi sinh vật bao gồm cả ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn lẫn ý nghĩa biểu tượng, bên cạnh những tương tác tiêu cực dưới dạng bệnh ở người, động vật và cây trồng.
Ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn bắt đầu ở thời cổ đại với quy trình lên men trong chế biến thực phẩm; bánh mì, bia và rượu được chế biến từ nấm men từ bình minh của văn hóa nhân loại, chẳng hạn như ở Ai Cập cổ đại. Gần đây hơn, vi sinh vật được ứng dụng trong những hoạt động chiến tranh sinh học để sản xuất ra hóa chất nhờ lên men, khi các nhà hóa học công nghiệp phát hiện ra cách để sản xuất hàng loạt hóa chất hữu cơ, gồm enzyme và phân tử sinh học hoạt tính như hormone và chất ức chế cạnh tranh dùng để làm thuốc. Lên men cũng được ứng dụng để sản xuất các chất thay thế nguyên liệu hóa thạch dưới dạng như ethanol và methan; ngoài ra tảo cũng có thể dùng để sản xuất nhiên liệu. Vi sinh vật kỵ khí có vai trò quan trọng trong khâu xử lý nước thải. Trong nghiên cứu khoa học, nấm men và vi khuẩn Escherichia coli có chức năng làm sinh vật mô hình, đặc biệt ở môn di truyền và các ngành liên quan.
Về mặt ý nghĩa biểu tượng, bài thơ đầu tiên về chế biến rượu là "Hymn to Ninkasi" của người Sumer từ năm 1800 TCN. Ở thời Trung Cổ, Mười ngày của Giovanni Boccaccio và Truyện cổ Caunterbury của Geoffrey Chaucer: nhắc đến nỗi sợ bệnh dịch gây chết người, từ đó gây ra suy đồi đạo đức. Những tiểu thuyết gia khai thác đề tài tận thế do đại dịch gây ra gồm Mary Shelley với cuốn The Last Man (1826) và Jack London với cuốn The Scarlet Plague (1912). Hilaire Belloc là tác giả bài thơ hài hước "The Microbe" vào năm 1912. Những bệnh dịch và lây nhiễm kịch tính đã hình thành mạch truyện của nhiều tác phẩm điện ảnh Hollywood, bắt đầu bằng Nosferatu vào năm 1922. Năm 1971, The Andromeda Strain kể về sự việc một vi sinh vật ngoài Trái Đất đe dọa sự sống trên hành tinh xanh. Những nhà vi sinh vật học sau Alexander Fleming đã sử dụng tập đoàn vi khuẩn nhuộm màu hoặc huỳnh quang để chế tác những tác phẩm tiểu họa.
Vi sinh vật như vi khuẩn và virus có vai trò quan trọng như mầm bệnh, chúng là tác nhân gây bệnh ở người, cây trồng và gia súc.