Lịch sử của STM bắt đầu từ năm 1981 với các thí nghiệm về quá trình chui hầm trong môi trường không khí thực hiện bởi Gerd Binnig và Heinrich Rohrer (IBM, Zürich) và nâng cấp các hiệu ứng này trong chân không, kết hợp với quá trình quét để tạo ra STM vào năm 1982 [2]. STM được hoàn chỉnh vào cuối năm 1982 và bắt đầu được thương mại hóa [3],[4]. Lý thuyết về quá trình chui hầm trong STM được phát triển bởi N. García, C. Ocal, và F. Flores (Đại học Autónoma, Madrid, Tây Ban Nha) từ năm 1983 [5] và bởi nhóm J. Tersoff và D. R. Hamann (AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey) vào năm 1984 [1]. Năm 1986, G. Binnig và H. Rohrer hoàn thiện thế hệ STM thứ 4 và giành giải Nobel Vật lý cho phát minh này.

Ngoài việc phân tích hình thái học bề mặt, STM còn được cải tiến để tạo thành nhiều tính năng khác. Trong kỹ thuật chụp ảnh từ, người ta cải tiến STM bằng cách phủ các vật liệu từ trên mũi dò để ghi nhận dòng điện tử xuyên hầm bị phân cực spin, cho phép ghi nhận cấu trúc từ bề mặt với độ phân giải rất cao [6]. Thiết bị này được gọi là Kính hiển vi quét xuyên hầm phân cực spin (Spin-polarized scanning tunnelling microscopd). Ngoài ra, người ta còn có thể tạo ra các tính năng chui hầm khác ví dụ như chui hầm với photon hoặc ghi nhận hiệu điện thế để có các phân tích bổ sung khác...

Một trong những tính năng khác đang được phát triển gần đây của STM là việc thao tác các nguyên tử với độ chính xác cao trên bề mặt vật rắn, cho phép tạo các chi tiết siêu nhỏ với độ chính xác cao và đang trở thành một phép chế tạo quan trọng trong công nghệ nano [7].