Đầu tiên, vào cuối thế kỷ 19 nhà khoa học Paul Ehrlich trong khi tiến hành thí nghiệm đã có sự chú ý đến hàng rào máu não. Paul Ehrlich là một nhà vi trùng học, chuyên nghiên cứu các cấu trúc có thể thấy được bằng phương pháp nhuộm màu. Khi ông tiêm các chất màu vào cơ thể, các chất màu có thể nhuộm tất cả các bộ phận của cơ thể ngoại trừ não bộ. Vào thời điểm đó, Ehrlich đơn giản cho rằng não không nhận các chất nhuộm màu. Sau đó, trong một buổi thí nghiệm vào cuối năm 1913, Edwin Goldmann chích trực tiếp chất nhuộm màu vào dịch não tủy. Ông ta phát hiện rằng, trong trường hợp này não trở nên nhuộm màu, trong khi các bộ phận còn lại của cơ thể thì không bắt màu. Điều này chứng tỏ có sự tồn tại một hàng rào giữa não và các bộ phận còn lại của cơ thể. Vào thời điểm đó người ta cho rằng, chính hệ thống mạch máu đóng vai trò là hàng rào và hiển nhiên hàng rào máu não vẫn chưa được phát hiện.

Khái niệm về hàng rào máu não được đề nghị bởi Lina Stern vào năm 1921. Nhưng mãi cho đến năm 1960, khi phát hiện ra kính hiển vi điện tử, hàng rào máu não mới được mô tả một cách đầy đủ.