早在公元前770年至公元前222年，中國人民就在生產實踐中發現，鋼的性能會因溫度和壓力變形的影響而發生變化。
白口鑄鐵的軟化處理是制造農具的重要工序。
公元前6世紀，逐漸采用鋼制武器。為了提高鋼的硬度，淬火工藝得到了迅速發展。
中國河北易縣燕下渡出土的兩把劍和壹把戟，顯微組織中有馬氏體，說明經過淬火處理。
隨著淬火技術的發展，人們逐漸發現淬火劑對淬火質量的影響。
三國時的舒曼濮院，曾在陜西這個斜谷為諸葛亮做了三千刀。相傳他派人到成都取水淬水。
這說明中國古代重視不同水質的冷卻能力，也重視油和水的冷卻能力。
我國出土的西漢(公元前206年-公元24年)鐘山王靜墓中的劍，劍心含碳量為0.15-0.4%，而表面含碳量大於0.6%，說明已經應用了滲碳技術。
但當時作為個人“手藝”秘密，拒絕傳播，所以發展緩慢。
1863年，英國的金相學家和地質學家在顯微鏡下展示了鋼的六種不同的金相組織，證明了鋼的內部結構在加熱和冷卻時會發生變化，鋼中的高溫相在快速冷卻時會轉變為更硬的相。
法國人奧斯蒙德建立的鐵異構理論和英國人奧斯汀首先制定的鐵碳相圖，為現代熱處理技術奠定了理論基礎。
同時，人們還研究了金屬熱處理加熱過程中金屬的保護方法，以避免金屬在加熱過程中氧化脫碳。
從1850到1880，有壹系列關於各種氣體(如氫氣、煤氣、壹氧化碳等)應用的專利。)進行保護性加熱。
從1889到1890，英國萊克獲得了多種金屬的光亮熱處理專利。
20世紀以來，隨著金屬物理的發展以及其他新技術的移植和應用，金屬熱處理工藝得到了很大的發展。
壹個顯著的進步是1901 ~ 1925，在工業生產中使用轉底爐進行氣體滲碳；露點電位器出現在20世紀30年代，使爐內氣氛碳勢可控。後來，通過使用二氧化碳紅外儀器和氧探針，開發了進壹步控制爐內氣氛中碳勢的方法。20世紀60年代，等離子場用於熱處理技術，離子滲氮和滲碳工藝得到發展。隨著激光和電子束技術的應用，金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。