Frank Wanlass đã phát minh ra các mạch CMOS vào năm 1963 tại hãng Fairchild Semiconductor. Vào năm 1968, mạch tích hợp CMOS đầu tiên đã được sản xuất bởi một nhóm nghiên cứu tại RCA do Albert Medwin lãnh đạo. Khởi đầu, CMOS được xem như là một giải pháp thay thế cho TTL (logic) để có được các vi mạch tuy tốc độ hoạt động chậm hơn TTL nhưng lại tiêu hao năng lượng ít hơn. Chính vì thế, những ngày đầu CMOS được sự quan tâm của ngành công nghiệp đồng hồ điện tử và một số lĩnh vực khác mà thời gian sử dụng pin quan trọng hơn so với vấn đề tốc độ. Khoảng 25 năm sau, CMOS đã trở thành kỹ thuật chiếm ưu thế trong vi mạch tích hợp số. Lý do là với việc ra đời các thế hệ quy trình chế tạo bán dẫn mới, kích thước hình học của các transistor ngày càng giảm xuống dẫn đến một loạt cải tiến; đó là diện tích chiếm chỗ của vi mạch giảm, tốc độ làm việc tăng, hiệu suất sử dụng năng lượng tăng và giá thành chế tạo giảm. Hơn nữa, nhờ vào sự đơn giản và khả năng tiêu tán công suất tương đối thấp của mạch CMOS, người ta có thể thực hiện vi mạch có mật độ tích hợp cao mà vốn không thể làm được nếu dựa trên các transistor lưỡng cực

Lúc ban đầu, người ta chỉ có thể tìm thấy các hàm logic CMOS chuẩn trong vi mạch tích hợp số họ 4000. Sau đó, nhiều hàm trong họ 7400 bắt đầu được chế tạo bằng kỹ thuật CMOS, NMOS, BiCMOS và các kỹ thuật khác.

Cũng trong thời kỳ đầu, mạch CMOS dễ bị hư hỏng vì quá nhạy cảm với sự xả điện tích tĩnh điện (ESD). Do đó, các thế hệ sau thường được chế tạo kèm theo các mạch bảo vệ tinh vi nhằm làm tiêu tán các điện tích này, không để cho lớp oxide cổng và các tiếp giáp p-n mỏng manh bị phá hủy. Mặc dầu vậy, hãng sản xuất vẫn khuyến cáo nên dùng bộ phận chống tĩnh điện khi thao tác trên các vi mạch CMOS nhằm tránh hiện tượng vượt quá năng lượng. Chẳng hạn, các hãng sản xuất thường yêu cầu dùng bộ phận chống tĩnh điện khi chúng ta làm các thao tác thêm một khối bộ nhớ vào máy vi tính.

Bên cạnh đó, các thế hệ ban đầu như họ 4000 dùng nhôm làm vật liệu tạo ra cực cổng. Điều này khiến cho CMOS có khả năng làm việc được trong điều kiện điện áp cung cấp thay đổi nhiều, cụ thể là nó có thể làm việc trong suốt tầm điện áp cung cấp từ 3 đến 18 volt DC. Trong nhiều năm sau đó, mạch logic CMOS được thiết kế với điện áp cung cấp chuẩn công nghiệp là 5V vì để tương thích với TTL (logic). Kể từ 1990, bài toán tiêu hao công suất thường được coi trọng hơn so với bài toán tương hợp với TTL, và thế là điện áp cung cấp CMOS bắt đầu được hạ thấp xuống cùng với kích thước hình học của các transistor. Điện áp cung cấp thấp không chỉ giúp làm giảm công suất tiêu hao mà còn cho phép chế tạo lớp cách điện cực cổng mỏng hơn, chức năng tốt hơn. Hiện nay, một vài mạch CMOS làm việc với điện áp cung cấp nhỏ hơn 1 volt.

Trong thời kỳ đầu, điện cực cổng được chế tạo bằng nhôm. Các quy trình chế tạo CMOS đời sau chuyển sang dùng silicon đa tinh thể ("polysilicon"), chấp nhận được tốt hơn ở nhiệt độ cao trong quá trình tôi silicon sau khi đã cấy ion. Điều này cho phép nhà chế tạo có thể đặt cực cổng ngay từ những công đoạn sớm hơn trong quy trình và rồi dùng trực tiếp cực cổng như là một mặt nạ cấy để tạo ra một cực cổng tự sắp đặt (cực cổng không tự sắp đặt sẽ đòi hỏi có sự chồng lấp lên nhau khiến hãng sản xuất phải chấp nhận tăng kích thước transistor và điện dung ký sinh). Vào năm 2004, cũng có những công trình nghiên cứu đề nghị dùng lại cực cổng bằng kim loại, nhưng cho đến nay, các quy trình vẫn tiếp tục sử dụng cực cổng polysilicon. Cũng có những nỗ lực lớn trong nghiên cứu nhằm thay chất điện môi silicon dioxit ở cực cổng bằng vật liệu điện môi k-cao để chống lại hiện tượng tăng dòng rĩ.