腫瘤病毒學的曆史可追溯至1908年，當時有兩位丹麥科學家威廉·艾勒曼（Wilhelm Ellermann）和奧盧夫·邦（Oluf Bang）通過注射白血病細胞過濾萃取物的方式，將雞白血病從患病的鳥傳染給另一隻健康的鳥。因為白血病在當時並非公認的惡性疾病，所以時人並未充分認識到這項實驗的重要意義。但在1911年，美國科學家佩頓·勞斯（Peyton Rous）將一種實體腫瘤由患腫瘤的雞“傳染”給健康雞之後，這項實驗成果才展現出影響。這兩項實驗均表明某種“濾過性病原體”參與了腫瘤發生，而這些實驗的時間甚至早於人們對病毒的鑒別和表征。因為缺乏相關知識，並且腫瘤的表現通常有別於傳染病，所以科學界對這兩項實驗的重要性一度不甚了解。事實上，直到50多年後，勞斯才因其關於“勞斯肉瘤病毒”的研究而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
在此期間，其他具有開拓精神的腫瘤病毒學家逐漸揭示了腫瘤發展中涉及的複雜分子機製。將細胞培養技術用在實驗動物的腫瘤易感毒株上，他們鑒定出可將培養皿中的正常細胞轉換或轉化為類腫瘤細胞，以及在實驗動物體內誘導形成腫瘤的病毒特異性基因。這些基因被稱為病毒癌基因，揭示其不同的細胞轉化方式有助於揭示癌症發展的一般分子機製。最重要的是，人們在20世紀80年代發現病毒癌基因在正常細胞基因組中存在對應基因（也稱為原癌基因），人們由此意識到，這些腫瘤病毒必然早在很久以前就從它們感染的細胞中獲得或轉導了各自的癌基因。
當生物體內某個細胞不受常規生長約束控製，並且不加抑製地複製時，就會發生腫瘤。這種“無賴”細胞會生成大量類似的細胞，並形成腫瘤（或癌症）侵入周圍組織，還可能從原發部位擴散。
健康細胞需要通過多種複雜的化學檢查保持平衡，確保其適時生長、分裂、衰老和死亡。癌細胞在發展中會發生突變，修改相關基因功能，使這些重要的細胞控製功能失效。無論是增強驅使細胞增殖的基因（又稱為細胞癌基因，包括部分腫瘤病毒攜帶的原癌基因），還是削弱抑製細胞分裂或誘導細胞死亡的基因（又稱為腫瘤抑製基因），均會使細胞脫離正常約束，導致細胞增殖失控。