1947年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯發明了全息投影術，他因此項工作獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。其它的壹些科學家在此之前也曾做過壹些研究工作，解決了壹些技術上的的問題。全息投影的發明是蓋伯在英國BTH公司研究增強電子顯微鏡性能手段時的偶然發現，而這項技術由該公司在1947年12月申請了專利（專利號GB685286）。這項技術從發明開始就壹直應用於電子顯微技術中，在這個領域中被稱為電子全息投影技術，但是全息投影技術壹直到1960年激光的發明才取得了實質性的進展。
第壹張實際記錄了三維物體的光學全息投影照片是在1962年由蘇聯科學家尤裏·丹尼蘇克拍攝的。與此同時，美國密歇根大學雷達實驗室的工作人員艾米特·利思和尤裏斯·烏帕特尼克斯也發明了同樣的技術。尼古拉斯·菲利普斯改進了光化學加工技術，以生產高質量的全息投影圖片。
全息投影可以分為如下若幹類。透射全息投影，如利思和烏帕特尼克斯所發明的技術，這種技術通過向全息投影膠片照射激光，然後從另壹個方向來觀察重建的圖像。後來經過改進，彩虹全息投影可以使用白色光來照明，以觀察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應用於諸如信用卡安全防偽和產品包裝等領域。這些種類的彩虹全息投影通常在壹個塑料膠片形成了表面浮雕圖案，然後通過在背面鍍上鋁膜使光線透過膠片以重建圖像。另壹種常見的全息投影技術稱為反射全息投影，或稱為丹尼蘇克全息投影。這種技術可以通過使用白色光源從和觀察者相同的方向來照射膠片，通過反射來重建彩色的圖像，以重建圖像。鏡面全息投影是壹種通過控制鏡面在二維表面上的運動來制造三維圖像的相關技術。它通過控制反射光線或者折射光線來構造全息圖像，而蓋伯的全息投影是通過衍射光來重建波前的。
促使全息投影在短短的壹段時間內就蓬勃發展的關鍵原因是低成本的固體激光器的大規模生產，如DVD播放機和其他的壹些常用設備中所使用的激光器。這些激光器對全息投影的發展也產生了極大的促進作用。這些廉價的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用於全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美，因此使得預算較低的研究者、藝術家甚至業余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。
2014年6月，美國加州的壹家新創公司，正在研發三維全息投影芯片，最早2015年底之前，智能手機將具備三維投影的功能。研制出壹個體積只有藥片大小的三維全息投影儀，分辨率高達5000PPI，可以精確控制每壹個光束的亮度、顏色，以及角度。
只需要壹個芯片，就可以投射出壹個可以接受的三維全息圖像，不過只要增加芯片數量，則可以投射出形狀更加復雜的三維物體，細節更加詳實，這壹芯片和技術的研發還在初始階段，第壹款芯片，目的是全息投影二維圖像，芯片在2015年的夏天交付給手機廠商。
他們研制的第二款投影芯片，將可以實現全息三維投影，立體影像可以漂浮在空氣中，看上去就像是壹個真實存在的物體。第壹款芯片推出幾個月之後，第二款芯片也將開始進入生產制造。
另外除了智能手機之外，該公司研發的三維全息投影芯片，還將進入到各種顯示設備中，比如電視機、智能手表，甚至是“全息桌面”。屆時，三維全息投影時代將真正到來。