變焦鏡頭的發展已有相當長的歷史。事實上，它最早誕生的時候，攝影技術還沒有真正進入實用階段。那是在1834年，英國數學家彼得巴洛提出了在伸縮式望遠鏡的目鏡組內加上壹塊負透鏡，“使加長的透鏡可以調節，從而能夠以任意的比例改變其放大倍數，甚至無須使透鏡離開眼睛或使視線離開所觀察的目標”的設想。這便是設計變焦鏡頭的最初構想。
然而，巴洛的這壹構想壹直到五十多年以後才得以付諸實施。1890年和1891年，分別由壹位英國人，壹位法國人和兩位德國人發明了實質上十分相似的可變焦距的遠攝鏡頭。
這種鏡頭壹出現便受到攝影家們的歡迎，但它在技術上還是非常不完善的。首先，在使用過程中，每當改變鏡頭的放大倍數(焦距)時，相機都必須重新對焦；而且，隨著焦距的增大，鏡頭的有效光圈值還會逐漸變小，從而使控制曝光變得異常復雜。最嚴重的問題是使用這種鏡頭拍出的照片清晰度差，無法與普通鏡頭相比。
1902年，美國光學家查爾斯艾倫初步解決了上述問題，從而取得了第壹個真正的變焦鏡頭的專利權。艾倫的專利是在兩塊固定鏡片之間加入壹塊活動鏡片。使用時，當活動鏡片遠離前鏡片時，會使焦距縮短；相反，當向另壹方向移動時就使焦距增大。在最短和最長的位置上，影像可以得到“補償”，即焦點保持相同。在中間位置時，焦點雖有所偏移，但是，只要使用較小的光圈，這種偏移還是可以接受的。
世界上第壹只較為現代化的變焦鏡頭(25-80mm、F2.8)，是1932年德國光學家赫爾穆特為西門子公司的16mm活動電影攝影機而設計的。這只變焦鏡頭頗為復雜，系由8塊透鏡分6組構成，其後面有壹段固定不動，由兩組獨立活動的鏡片分別完成變焦和對焦的功能。其中的壹組稱為“變焦透鏡”的，可由前到後作直線運動，以改變焦距。另壹組活動鏡片稱作“補償透鏡”，位於鏡頭的前部。它的移動軌跡是偏心的，先向前，再偏移，用此來保證影像在任何焦距位置時都具有正確的焦點。這種形式的焦點校正方法由於是使用凸輪來維持所需的非線性稱動，因而稱為“機械補償法”。
這種方法壹直延用到五十年代才為“光學補償法”所取代。新的系統是用兩組以上的內鏡片壹齊作同步移動來改變焦距和完成焦點補償。現代變焦鏡頭的光學結構比較復雜，壹個典型的變焦鏡頭，壹般都是由15片分為若幹組的透鏡組成。結構這樣復雜的鏡頭，在組裝上比簡單鏡頭產生差錯的可能性要大得多。變焦鏡頭內部存在著為數甚多的空氣和玻璃的接觸面，因而非常容易產生料想不到的光暈。但這種弊病隨著五十年代鏡頭鍍膜技術的發展而有所改善。采用鍍膜技術以後，鏡頭設計師便可以比較放膽地去設計含有大量空氣玻璃界面的光學系統。
美國紐約壹家公司的弗蘭克巴克博士於1958年設計成了世界第壹只用於照相機的變焦鏡頭，這只36-82、F2.8的鏡頭是為德國的壹種35mm單鏡頭反光相機制造的，是當時最新式的光學補償式變焦鏡頭，但是相當巨大和笨重。
1963年，日本尼康公司推出了機械補償式變焦鏡頭尼科爾43-86mm.F2.8，為真正大眾化的變焦鏡頭設計開出了壹條新路。當時，尼康公司是這樣解釋的：“這支變焦鏡頭的設計目的是用於體育攝影以及要求高速度和使用方便的其他領域。但如果要首先考慮影像的清晰度的話，則最好選用定焦鏡頭。”
變焦鏡頭設計之所以從光學補償法又恢復到機械補償法，是因為它可以使變焦鏡頭設計得更加輕巧，具有更佳的焦點補償效果，而且便於鏡頭設計師更巧妙地進行光學校正。當時所采用的其他有關技術，諸如防反射多層鍍膜和極低色散的特種光學玻璃等，對以後提高變焦鏡頭成像質量和小型化也有很大的貢獻。
近年來，變焦鏡頭的研制、生產取得了突飛猛進的發展，不僅技術性能有所提高，而且更方便了使用。新近問世的變焦鏡頭有以下的特點：中長變焦鏡頭大口徑化，且體積日益縮小；常用變焦鏡頭高倍率化；焦距向長短兩端發展，微距結構也有了相當的改進。