Năm 1600 TCN, người Trung Mỹ đã sử dụng cao su thiên nhiên làm banh, dây, và các bức tượng nhỏ.[5] Các chất dẻo có nguồn gốc sinh học đầu tiên như trức và protein thực vật là các polymer hữu cơ. Sừng gia súc được xử lý được dùng làm cửa cho những chiếc lồng đèn thời Trung Cổ.

Chất dẻo đầu tiên được làm ra vào năm 1838 là vinyl clorua. Tiếp theo đó là chất styrene vào năm 1839, acrylic vào năm 1843 và polyeste vào năm 1847. Năm 1869, trong khi tìm kiếm một chất thay thế cho ngà voi, nhà phát minh John Hyatt đã phát hiện ra celluloid với đặc điểm dai và dễ uốn. Chất này đã mở đầu cho cuộc đột phá trong việc triển khai chất tổng hợp mới.[6]

Tuy nhiên, chất dẻo được phát triển mạnh nhất bởi nhà hóa học người Mỹ Leo Baekeland, ông đã khám phá ra phenol formaldehyd vào năm 1909. Chất này có thể đổ khuôn thành bất kỳ hình dạng nào và có giá thành rẻ để sản xuất. Sản phẩm này được Baekeland gọi là Bakelite, là chất tổng hợp đầu tiên được sản xuất với số lượng lớn để sử dụng một cách rộng rãi.[6]

Năm 1933, polyethylene được các nhà nghiên cứu của Imperial Chemical Industries (ICI) gồm Reginald Gibson và Eric Fawcett phát hiện.[5]

Sau chiến tranh thế giới thứ nhất, những cải tiến về công nghệ hóa học đã dẫn đến sự bùng nổ các dạng chất dẻo mới; việc sản xuất hàng loạt đã bắt đầu vào khoảng thập niên 1940 và 1950.[7] Polypropylene được Giulio Natta tìm thấy vào năm 1954 và bắt đầu được sản xuất vào năm 1957.[5] Trong số những mẫu chất dẻo dầu tiên dạng polymer mới phải kể đến là polystyrene (PS)được BASF sản xuất đầu tiên trong thập niên 1930,[5] và polyvinyl clorua (PVC), được tạo ra năm 1872 nhưng được sản xuất thương mại vào cuối thập niên 1920.[5] Năm 1954, polystyrene giãn nở (được dùng làm tấm cách nhiệt, đóng gói, và ly tách...) được Dow Chemical phát minh.[5] Việc phát hiện ra Polyethylene terephthalat (PET) đã tạo ra nhiều ứng dụng của Calico Printers' Association ở Liên hiệp Anh vào năm 1941; nó được cấp phép cho DuPont ở U.S.A và một số quốc gia khác, và là một trong số ít chất dẻo thích hợp cho việc thay thế thủy tinh trong nhiều trường hợp, tạo ra nhiều ứng dụng về chai nhựa ở E.U [5]

Sự phát triển của chất dẻo đã tạo ra nhiều ứng dụng của vật liệu dẻo tự nhiên (như chewing gum, shellac) để dùng làm các vật liệu tự nhiên có sử dụng công nghệ hóa học (như cao su, nitrocellulose, collagen, galalit) và cuối cùng là các phân tử tổng hợp hoàn toàn (như bakelite, epoxy, Polyvinyl clorua).

Parkesine

Chất dẻo parkesine được cấp bằng sách chế cho Alexander Parkes, ở Birmingham, UK năm 1856.[8] Nó đã được công bố tại Triển lãm quốc tế năm 1862 ở Luân Đôn.[9] Parkesine đã dành được huy chương đồng trong hội chợ thế giới năm 1862 ở Luân Đôn (Anh). Parkesine được làm từ cellulose (thành phần chính của thành tế bào thực vật) được xử lý bằng dung môi axit nitric. Sản phẩm đầu ra của quá trình này (thường được gọi là cellulose nitrat hay pyroxilin) có thể hoàn tan trong cồn và được hóa cứng thành loại vật liệu trong suốt và đàn hồi có thể đúc được khi đun nóng.[10] Khi được nhuộm vào màu nó có thể tạo thành dạng giống như Ngà voi.