聚氨酯的研究開發最初是由OttoBayer和他的同事合作於1937年在德國勒沃庫森的I.G.Farben實驗室開始的。他們通過實驗應用加成聚合原理，利用液態異氰酸酯和液態聚醚或二醇聚酯生成壹種有別於當時已發現的聚烯烴和縮聚生成塑料的新型塑料---聚氨酯。新的單體混合物也不同於WallaceCarothers已取得的對於聚酯的專利。起初，應用僅限於纖維和軟質泡沫。隨後其發展受二次世界大戰影響（期間PU只小範圍用於航空座椅），直到1952年異氰酸酯才開始可以通過商業途徑購買到。1954年，開始使用甲苯二異氰酸酯（TDI）和聚酯多元醇生產用於商業用圖的軟質聚氨酯泡沫。這種泡沫（起初被發明者稱作仿制的瑞士奶酪）的發明歸功於把水加入到反應體系當中，這些物質也用來生產硬質泡沫，粘膠和彈性體。線性纖維是由六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和1,4-丁二醇（BDO）反應生成的。
第壹種商業生產的聚醚多元醇，聚（四亞甲基醚）乙二醇，是由杜邦於1956年用四氫呋喃聚合生成的。BASF和陶氏化學在隨後的1957年推出比較便宜的聚烷烴二元醇。這些聚醚多元醇表現出了技術和商業上的優勢，如：低成本，易處理，優異的水解穩定性；而且在制備聚氨酯時可以快速取代聚酯多元醇。其他的PU推進者還有UnionCarbide和MobayCorporation,壹家Monsanto/Bayer合資創辦的公司。1960年軟質聚氨酯泡沫的產量達到四萬五千噸。經過十多年的發展，隨著氯氟烷烴鼓泡劑的出現，便宜的聚醚多元醇，和二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）的出現推動了硬質聚氨酯泡沫在高性能的隔熱材料的運用。基於聚合MDI（PMDI）的硬質聚氨酯泡沫比基於TDI的材料有更好的熱穩定性和燃燒性能。
1967年，氨基甲酸乙酯改性的聚異氰酸酯硬質泡沫被生產出來了，生產出來的低密度隔熱材料顯示出更好的熱穩定性和阻燃性。也是在60年代，汽車的內部安全組件如儀表盤和門的面板開始使用熱塑性塑料回填半硬質泡沫制成。
在1969年，BayerAG在德國的杜塞爾多夫展出了壹輛全塑料車。汽車的有些部件是利用壹種叫做RIM（反應註塑成型）的新工藝制造而成。RIM技術是用高壓註入液態組分然後快速註入反應組分至模腔內。大的部件如汽車儀表盤和面板，也可以用同樣的方法註塑成型。聚氨酯的RIM包括許多不同的產品和工藝。利用二元氨鏈增長劑和氨基甲酸、異氰酸酯和聚脲的三聚工藝，加入添加劑，如研磨過的玻璃、雲母，加工過的纖維等，就是所謂的RRIM。可以改善彎曲模量和熱穩定性。1983年美國利用這種技術生產出來汽車塑料車身。在模穴內預先加入玻璃纖維，可以進壹步改善彎曲模量，這就是所謂的SRIM或叫結構RIM。
從二十世紀80年代初，水吹微孔柔性聚氨酯泡沫被用於汽車面板和輪胎密封空氣過濾器的模型墊圈。此後，由於能源價格上升、以及減少PVC在汽車中使用的要求日增，聚氨酯的市場份額不斷增加。昂貴的原料價格因部件重量的減輕，如金屬蓋和過濾器外殼的減少而得到補償。高填充的聚氨酯彈性體和未填充的聚氨酯泡沫現在被用於高溫油過濾器當中。
生產聚氨酯泡沫（包括泡沫橡膠）時，要往反應混合物中加入少量揮發性物質，叫做鼓泡劑。這些簡單的物質賦予聚氨酯優異的隔熱性能。20世紀90年代初，為了減少對臭氧層的影響，蒙特利爾協議限制使用部分含氯的鼓泡劑。如三氯氟甲烷（CFC-11）。其它的鹵代烷，如氯氟烴，1,1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)被1994年的IPPC溫室氣體指令和1997年的歐盟有機揮發性氣體指令列為逐漸被淘汰的物質。到90年代末期，雖然還有部分發展中國家使用含鹵鼓泡劑，北美和歐洲已越來越多地使用二氧化碳、戊烷，1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)作為鼓泡劑。
基於已有的聚氨酯噴塗技術和聚醚氨化學理論，聚氨酯的噴塗彈性材料在二十世紀九十年代得到迅猛的發展。它們的快速反應和對潮濕相對不敏感的特性使得它們成為大面積項目的塗裝的首選塗料。如次級安全外殼，人孔和通道塗層，罐的內襯。經過適當的打底和表面處理後，對混凝土和鋼有很好的粘結力。在相同時期，新的雙組分聚氨酯和聚氨酯聚脲***混彈性體技術被運用於現場施工的負載床襯墊.這種對小卡車和其它運載貨箱的塗裝技術創造出壹種耐用，耐摩擦的復合金屬材料。熱塑性塑料內襯彌補了金屬在易腐蝕和脆性方面的缺陷。