从 1812 年最早的新月形相机镜头问世至今，光学镜头已经走过了二百多年的发展史。
1812年，英国物理学家乌拉斯顿（Wollaston）发明了1组1片镜片结构，最大光圈F16的新月形镜头，这是世界上最早的摄影镜头。
1821年，法国著名的镜头制造商谢瓦利埃（Chevrlier）发明了1组2片镜片结构，最大光圈F14的消色差镜头。尼埃普斯相机和达盖尔的早期相机都是使用了镜头。
1840年，法国工业促进会组织了一场比赛，宣布将要奖励在摄影术的实用方面取得巨大进步的人。
1840年，奥地利数学家匹兹伐教授用数学方法设计出3组4片，最大光圈F3.7的镜头。这只镜头的设计保证了影像中心的高分辨，很好地矫正了球差和彗差，大光圈也使得拍摄人像变得简便，不过四周暗角十分明显。由于这种在当时设计领先的匹兹伐型镜头没有申请专利保护，被大量镜头制造厂商仿效制造。
1840年11月福伦达公司就开始出售匹兹伐型镜头，紧跟着于1841年元旦开始销售装有匹兹伐型镜头的全金属银版相机。
在接下来的五十年多年中，世界上许许多多的照相机都在使用匹兹伐型镜头。
1846年，卡尔·蔡司（Carl Zeiss）在德国耶拿开办了一家光学仪器厂。
1889年，普罗塔（Protar）F7.5镜头——第一款去像散透镜镜头发明。
1893年，英国人丹妮泰勒(H. D. Taylor)设计出3组3片式库克（Cooke triplet）摄影镜头。该镜头前后两片均为凸透镜，用钡冕玻璃制成，中间一片为凹透镜，用火石玻璃制成，光圈位于第一、第二片透镜之间。3组3片式库克镜头是当时能够对全部6种像差进行校正、结构最为简单的摄影镜头。
1896年，德国卡尔?蔡司（Carl Zeiss）公司的鲁道夫（P. Rudolph）设计出4组6片的双高斯摄影镜头，命名为普拉纳（Planar），它属于对称型正光摄影镜头。第一组和第四组为单片凸透镜，第二组和第三组为凹透镜与凸透镜胶合而成，光圈位于第二、第三组之间。双高斯镜头相对孔径较大，成像质量好，成本较高，广泛用于高中档相机上。
1900年，卡尔·奥格斯特·汉斯·哈丁（Carl August Hans Harting）申请了一个镜组结构的专利，就是后来著名的海利亚镜头（Heliar lens）的最初形态。该镜头结构采用对称式设计，有效克服了纵向像差，同时仍能保证使用大光圈。这个镜组能够做到f4.5的光圈，并且覆盖50°的像场。
1902年，哈丁提交了一个改良版的海利亚镜头的专利。该镜头不再采用对称式结构，改善了严重的像散、彗差以及匹兹伐场曲。
1902年，保罗·鲁道夫根据自己设计的四片四组的乌那镜头设计出3组4片式天塞（Tessar）镜头。第一组为一片凸透镜，第二组为一片凹透镜，第三组为凹透镜和凸透镜胶合而成的透镜组，光圈位于第二、第三组之间。与3组3片式库克镜头相比，天塞镜头的球差、色差、像散都得到改善，被广泛应用到普及型相机和放大机上。
到了1903年，他再次更新了Heliar的设计。哈丁这次将中心透镜两侧的双胶合透镜组的摆放方式做了改变，让原本凸透镜面向内侧放置的双胶合透镜变成了凹透镜面向内侧。作为一个新的Heliar镜头，这个新的镜头被贴上了“Dynar”的名字，并作为福伦达镜头销售。
1958年，美国祖玛（Zoomar）公司的创始人弗兰克?拜克博士（Dr. Frank G. Back）为德国的福伦达Bessamatic单反相机设计出Voigtlander-Zoomar 1:2.8 F=36mm～82mm镜头，这是世界上第一款用于照相机的变焦镜头。
1960年，尼康公司在镜头中率先使用了非球面镜片，有效控制了球差。
从 1970 年始，日本宾得率先研发出 SMC 多层镀膜技术；同时，民主德国的卡尔?蔡司?耶拿推出 MC 多层镀膜镜头，随后该技术广泛应用。
1970年代后，能够控制色散的超低色散镜片ED(Extra low Dispersion)以及APO(Apochromatic)技术得到广泛推广。
20 世纪 90 年代，佳能研发出世界第一款带有 IS 防抖功能的内对焦 35mm 相机镜头，佳能EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM。随后尼康（Nikon）、适马（Sigma）、腾龙（TAMRON）纷纷研发出自己的光学防抖技术。