Máy ảnh SLR cho phim cỡ lớn được chế ra đầu tiên vào đầu thế kỷ 20. Ihagee Kine-Exakta là máy ảnh SLR 35mm đầu tiên và nó rất có ảnh hưởng. Các kiểu máy Exakta sau đó đều dùng cách ngắm ngang thân và được sản xuất cho tới Thế chiến thứ hai. Một ông tổ khác của các máy ảnh SLR hiện đại là Alpa của Thuỵ sĩ, có cải tiến và ảnh hưởng tới các máy ảnh Nhật sau này. Giải pháp lỗ ngắm ở trên được phát minh ở Hungary trong chiến tranh, chính xác là ngày 23 Tháng tám năm 1943 bởi Jenő Dulovits. Máy ảnh 35mm đầu tiên có lỗ ngắm ở trên là Duflex, thiết kế bởi Dulovits. Máy này dùng một hệ thống gương để chiếu một ảnh đúng chiều lên lỗ ngắm ở trên. Duflex được sản xuất hàng loạt năm 1948, và là máy ảnh SLR đầu tiên trên thế giới có tấm gương tự trở về vị trí ngay lập tức (sau khi chụp).

Máy ảnh SLR đầu tiên sản xuất hàng loạt với lăng kính năm cạnh trên đỉnh là Contax S của Đông Đức, năm 1949.

Người Nhật tiếp tục phát triển SLR. Năm 1952, Asahi làm Asahiflex, và Asahiflex IIB năm 1954. Năm 1957, Asahi Pentax giới thiệu máy ảnh SLR với lăng kính cố định và cần lên phim ở ngón tay cái bên phải. Nikon, Canon và Yashica cũng giới thiệu những mẫu đầu tiên của họ trong năm 1959 (hiệu F, Canonflex, và Pentamatic).

Bộ đo sáng qua ống kính (through-the-lense, TTL) xuất hiện trên các máy ảnh SLR vào đầu những năm 60 với Topcon RE Super (đo điểm) năm 1962 và Pentax Spotmatic (đo trung bình có trọng số trung tâm). Kế tiếp là tính năng tự canh sáng được giới thiệu năm 1971 ở máy Pentax Electro Spotmatic và phổ biến vào năm 1976 với Canon AE-1 Program, một trong những máy bán chạy nhất trong lịch sử. Không lâu sau là tính năng tự canh sáng theo các chương trình. Điện tử, tự động hoá và thu gọn, kể cả lên phim, trả phim bằng động cơ được ứng dụng ngày càng nhiều trong những năm 197x và 198x.

Tự động lấy nétMáy ảnh tự động lấy nét bằng phương pháp so sánh qua ống kính đầu tiên là Pentax ME-F. Máy Minolta Maxxum 7000 xuất xưởng năm 1985 là cái đầu tiên có tự lấy nét bằng động cơ, lên phim bằng động cơ, từ đó tính năng này trở thành tiêu chuẩn của máy SLR. Các nhà sản xuất khác đều tham gia thị trường tự lấy nét.

Từ cuối thập kỷ 1980, sự cạnh tranh và những cải tiến kỹ thuật làm cho các máy ảnh thông minh hơn với những cách đo sáng tiên tiến, và có sự liên lạc giữa các thành phần của máy. Phần giao tiếp với người sử dụng cũng thay đổi nhiều: thay kim chỉ thị và LED bằng LCD hiện nhiều thông tin hơn trong lỗ ngắm cũng như trên thân máy. Các nút vặn và nút bấm thay thế các vòng chỉnh màn trập và độ mở ống kính. Một số máy còn có tính năng chống rung giúp cho chụp ảnh với tốc độ chậm hơn mà không cần phải kê máy cố định.

Máy ảnh SLR số

Canon, Nikon, Samsung, Pentax, và Minolta đã sản xuất máy SLR số tương thích với các máy SLR phim của họ (gần đây Konica-Minolta bán bộ phận sản xuất máy ảnh SLR của họ cho Sony), trong khi Olympus và Panasonic giới thiệu những máy SLR số riêng, đó là thế hệ máy Bốn phần ba.