A química dos polímeros começou com o estudo das fibras longas nas plantas. O trabalho de Henri Braconnot em 1777 e o trabalho de Christian Schönbein em 1846 levaram à descoberta da nitrocelulose. A nitrocelulose tratada com cânfora produz celuloides. Os químicos dissolvem o celuloide em éter ou acetona para fazer o colódio. Os médicos têm usado o colódio como curativo de feridas desde a Guerra Civil Americana. O acetato de celulose foi preparado pela primeira vez em 1865. Em 1834, Friedrich Ludersdorf e Nathaniel Hayward descobriram independentemente que a adição de enxofre à borracha natural crua (poliisopreno) ajudou a evitar que o material se tornasse pegajoso. Em 1844, Charles Goodyear recebeu uma patente americana para vulcanizar a borracha com enxofre e calor. Thomas Hancock havia recebido uma patente para o mesmo processo no Reino Unido no ano anterior.
Em 1884, Hilaire de Chardonnet iniciou a primeira fábrica de fibras artificiais à base de celulose regenerada, ou raiom viscose, como substituto da seda, mas era muito inflamável. Em 1907, Leo Baekeland inventou o primeiro polímero sintético, uma resina termofixa de fenol-formaldeído chamada Bakelite. Por volta da mesma época, Hermann Leuchs relatou a síntese de N-carboxianidridos e seus produtos de alto peso molecular após reação com nucleófilos. Mas Leuchs não os chamou de polímeros, possivelmente devido à forte opinião de Emil Fischer, seu supervisor direto, negando a possibilidade de qualquer molécula covalente que exceda 6.000 daltons. O celofane foi inventado em 1908 por Jocques Brandenberger, que esguichou folhas de rayon viscose em um banho ácido.
Em 1922, Hermann Staudinger (um químico alemão) propôs que os polímeros eram longas cadeias de átomos mantidos juntos por laços covalentes. Ele também propôs nomear esses compostos como "macromoléculas". Antes disso, os cientistas acreditavam que os polímeros eram aglomerados de pequenas moléculas (chamadas colóides), sem pesos moleculares definidos, mantidas juntas por uma força desconhecida. Staudinger recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1953.
Wallace Carothers inventou a primeira borracha sintética chamada neoprene em 1931. O neoprene foi o primeiro poliéster. As chupetas passaram a inventar o nylon, um verdadeiro substituto da seda, em 1935. Paul Flory recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1974 por seu trabalho em configurações aleatórias de bobinas de polímeros em solução, nos anos 50. Stephanie Kwolek desenvolveu uma aramida, ou nylon aromático chamado Kevlar, patenteado em 1966.
Há agora um grande número de polímeros comerciais. Eles incluem materiais compostos como fibra de carbono-epóxido, poliestireno-polibutadieno (HIPS), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). Os químicos projetam polímeros comerciais para combinar as melhores propriedades de seus diversos componentes. Por exemplo, os polímeros especiais utilizados em motores de automóveis são projetados para trabalhar a altas temperaturas.
Levou muito tempo até que as universidades introduzissem programas de ensino e pesquisa em química de polímeros. Um "Institut fur Makromolekulare Chemie" foi fundado em 1940 em Freiburg, Alemanha, sob a direção de Hermann Staudinger. Na América um "Polymer Research Institute" (PRI) foi estabelecido em 1941 por Herman Mark no Polytechnic Institute of Brooklyn (agora Polytechnic Institute of NYU). Várias centenas de graduados do PRI desempenharam um papel importante na indústria de polímeros e no meio acadêmico dos EUA. Outros PRI's foram fundados em 1961 por Richard S. Stein na Universidade de Massachusetts, Amherst, em 1967 por Eric Baer na Case Western Reserve University e em 1988 na Universidade de Akron.
