Khoa học thể thao có nguồn gốc từ thời Hy Lạp cổ đại. Thầy thuốc người Hy Lạp Galen (131–201) đã viết ra 87 bài luận chi tiết về cải thiện sức khỏe (dinh dưỡng đúng cách) và tăng cường sức mạnh cho cơ bắp. Hunayn ibn Ishaq của Assyria dịch lại công trình của Galen cùng với của Hippocrates, sang tiếng Ả Rập, đưa sinh lý học Hy Lạp tới với Trung Đông và châu Âu. Từ năm 776 TCN tới năm 393 SCN, các thầy thuốc Hy Lạp cổ đại đã phác thảo các chế độ luyện tập và ăn kiêng của các vận động viên Olympic cổ đại.

Các ý kiến mới về sự hoạt động và chức năng hoạt động của cơ thể người ra đời vào thời Phục Hưng khi các nhà giải phẫu và bác sĩ phủ nhận các lý thuyết trước đây. Các ý tưởng này phổ biến hơn nhờ sự ra đời của chữ in, thành quả của Johannes Gutenberg vào thế kỷ 15, cùng với đó là sự gia tăng nhanh chóng của các học viện, trường đại học trên toàn thế giới. Quan trọng hơn những các học giả ở thời này vươn ra khỏi quan niệm đơn giản của các thầy thuốc Hy Lạp cổ, và làm sáng tỏ những phức tạp của hệ tuần hoàn và tiêu hóa. Hơn nữa, trước thế kỷ 19 các trường y đầu tiên (ví dụ như Harvard Medical School vào năm 1782) bắt đầu xuất hiện tại Hoa Kỳ. Những người tốt nghiệp các trường này sau đó tiếp tục thừa nhận sự quan trọng của giới học thuật và các nghiên cứu y học liên quan.

Các ấn phẩm báo chí về y học gia tăng rõ rệt về số lượng trong thời kỳ này. Năm 1898, ba bài báo về hoạt động thể chất xuất hiện trong tập thứ nhất của American Journal of Physiology. Các bài báo và bài đánh giá sau đó xuất hiện trên nhiều tờ báo uy tín. Ấn phẩm về sinh lý học ứng dụng bằng tiếng Đức, Internationale Zeitschrift für Physiologie einschliesslich Arbeitphysiologie (1929–1940; giờ được biết tới với tên là Tạp chí Sinh lý học Ứng dụng và Sinh lý học Nghề nghiệp châu Âu), trở thành tờ báo đáng chú ý trong lĩnh vực nghiên cứu.

Một số nhân vật chủ chốt có đóng góp đáng kể cho bộ môn có thể kể tới:

• Austin Flint, Jr., (1836–1915) một trong những bác sĩ chuyên khoa tiên phong của Mỹ, người nghiên cứu các phản ứng sinh lý đối với vận động trong các sách giáo khoa y học của ông.
• Edward Hitchcock Jr., (1828–1911) giáo sư về vệ sinh và giáo dục thể chất của Đại học Amherst, dành sự nghiệp giáo dục cho việc nghiên cứu khoa học về thể dục, tập luyện và cơ thể. Vào năm 1860 ông là đồng tác giả văn bản về sinh lý học vận động.
• George Wells Fitz, M.D. (1860–1934) lập ra chuyên khoa đầu tiên về Giải phẫu học, Sinh lý học, và Luyện tập thể chất tại Đại học Harvard vào năm 1891.
• August Krogh (1874–1949) giành giải Nobel sinh lý học vì tìm ra cơ chế kiểm soát lưu lượng máu mao mạch tại cơ bắp ở trạng thái nghỉ hoặc hoạt động.
• Per-Olof Astrand (1922–2015) giáo sư ngành sinh lý học của Viện Karolinska, Stockholm. Viết bài chuyên đề đánh giá khả năng lao động của nam giới và nữ giới độ tuổi 4–33.