MPE bắt đầu bằng việc phân tích các yếu tố nguy cơ (như hút thuốc) và phát hiện bệnh lý phân tử (như đột biến gen gây ung thư KRAS trong ung thư phổi).

Các nghiên cứu để kiểm tra mối quan hệ giữa phơi nhiễm và dấu hiệu bệnh lý phân tử của bệnh (đặc biệt là ung thư) ngày càng phổ biến trong suốt những năm 1990 và đầu những năm 2000.[11]

Việc sử dụng bệnh lý phân tử trong dịch tễ học đặt ra thiếu phương pháp và hướng dẫn tiêu chuẩn hóa cũng như các chuyên gia và chương trình đào tạo liên ngành.[12] Nghiên cứu MPE yêu cầu một khung khái niệm và phương pháp luận mới (phương pháp dịch tễ học) vì MPE kiểm tra tính không đồng nhất trong một biến kết quả.[13]

Thuật ngữ "dịch tễ học bệnh lý phân tử" được sử dụng bởi Shuji Ogino và Meir Stampfer vào năm 2010 [14] Nguyên tắc cụ thể của MPE được phát triển sau năm 2010. Mô hình MPE được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu,[15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26] và đã trở thành chủ đề trong các hội nghị quốc tế.[27][28][29] Chuỗi Cuộc họp Dịch tễ học Bệnh học Phân tử Quốc tế (MPE) đã được mở cho cộng đồng nghiên cứu trên toàn thế giới, các cuộc họp thứ hai và thứ ba được tổ chức tại Boston, vào tháng 12 năm 2014 và tháng 5 năm 2016,[30][31].