1839年，英国科学家查理·惠斯顿爵士根据“人类两只眼睛的成像是不同的”发明了一种立体眼镜，让人们的左眼和右眼在看同样图像时产生不同效果，这就是今天3D眼镜的原理。
1922年，世界上第一部3D电影是《爱情的力量》，遗憾的是，影片很早之前就已经遗失了。
早期的3D电影都是以展示立体效果为主，片中常以指向观众的枪、扔向观众的物体为噱头。
1951年，环球公司推出最有名的3D恐怖片《黑湖妖谭》，该片也是至今为止惟一一部有续集的3D电影。新版《黑湖妖谭》计划在2011年上映。 1952年，讲述非洲探险的《非洲历险记》被认定为是史上第一部真正的3D长片。
该片的口号是“狮子在你腿上，爱人在你怀里”。尽管《生活》杂志在当时称该片“廉价、荒谬”，但观众们仍然热情地挤进电影院去体验片中的“自然视角”。
1953年，《恐怖蜡像馆》等一批3D恐怖片应运而生，3D片在上世纪五十年代进入了黄金时期。
1954年，当时世界上最伟大的导演们，绝大多数都对3D电影低眼相看，认为那只不过是在玩魔术而已，根本不是艺术。然而，希区柯克不这么想，他在1954年拍摄了3D版的《电话谋杀案》，成为了当时3D片中为数不多的精品。 1962年，我国的天马电影制片厂拍摄了国内第一部3D立体电影《魔术师的奇遇》，桑弧导演，陈强主演。
后来又陆续出现了《欢欢笑笑》《快乐的动物园》《靓女阿萍》《侠女十三妹》等。
1982年，迪士尼拍摄了短片《魔法之旅》，虽然这部短片只有16分钟，但通过CGI与真人表演的混合，打造出了在当时令人惊讶的3D效果。
1982年，《13号星期五》第三部上映，本片令80年代的3D电影慢慢复苏。 1983年，3D版的《大白鲨第三集》轰动一时，放映首周就赚得1300万美元的票房。但因为电影本身水准低下，3D效果也无过人之处，很快就让观众失去了兴趣。
1985年，《魔晶战士》成为世界首部3D动画长片。 2004年，第一部IMAX 3D长片《极地特快》诞生。该片在2000块普通2D银幕上放映，3D IMAX银幕只有75块。然而就是这75块3D IMAX银幕，获得的票房占全片总票房的百分之三十。3D+IMAX的“超强组合”，让发行方看到了巨大的商业潜力。
2005年，迪士尼的动画片《鸡仔总动员》采用了新型投影技术放映，消除了以往看3D电影时容易产生的眼睛疲劳。
2008年，《U2 3D演唱会》是第一部完全用3D摄影机拍摄的真人影片，这个音乐纪录片堪称先锋。
2009年，环球的动画片《鬼妈妈》是第一部采用停格动画形式的3D电影。
2009年，《阿凡达》成为有史以来制作规模最大、技术最先进的3D电影。 2010年，中国内地投资3亿开拍首部国内3D电影《白蛇传说》
