Neodymi được nam tước Carl Auer von Welsbach, một nhà hóa học người Áo, phát hiện tại Viên năm 1885. Ông tách neodymi cũng như nguyên tố praseodymi từ vật liệu được gọi là didymi bằng cách kết tinh phân đoạn của nitrat amoni tetrahydrat kép từ axít nitric, trong khi tuân theo việc chia tách bằng phân tích quang phổ; tuy nhiên, nó đã không được cô lập ở dạng tương đối tinh khiết cho tới tận năm 1925. Tên gọi neodymi có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp neos nghĩa là mới và didymos nghĩa là kép, đôi.

Kết tinh nitrat kép từng là phương thức tinh chế neodymi thương mại cho tới tận thập niên 1950. Lindsay Chemical Division của American Potash and Chemical Corporation, một thời từng là nhà sản xuất các kim loại đất hiếm lớn nhất trên thế giới, cung cấp ôxít neodymi tinh chế theo kiểu này ở phẩm cấp 65%, 85% và 95% độ tinh khiết, với mức giá trong khoảng từ 2 tới 20 USD mỗi pao (USD năm 1960). Lindsay cũng là cơ sở đầu tiên thương mại hóa quá trình tinh chế bằng trao đổi ion ở quy mô lớn để sản xuất neodymi, sử dụng công nghệ do Frank Spedding tại Đại học bang Iowa và Phòng thí nghiệm Ames phát triển; một pao ôxít độ tinh khiết 99% có giá 35 USD vào năm 1960; còn phẩm cấp 99,9% chỉ tăng thêm 5 USD nữa. Bắt đầu từ thập niên 1950, neodymi độ tinh khiết cao (như 99+%) chủ yếu thu được bằng công nghệ trao đổi ion từ cát monazit ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO4), một vật liệu giàu các nguyên tố đất hiếm. Bản thân kim loại này thu được bằng điện phân các muối halua của nó. Hiện tại, phần lớn neodymi được chiết ra từ bastnaesit, (Ce,La,Nd,Pr)CO3F, và được tinh chế bằng chiết dung môi. Tinh chế trao đổi ion được dùng để điều chế neodymi với các độ tinh khiết cao hơn (thông thường >4N, do khi Molycorp lần đầu tiên đưa ra ôxít neodymi của họ có phẩm cấp 98% vào năm 1965, điều chế bằng chiết dung môi từ bastnaesit thu được tại mỏ Mountain Pass, California, nó chỉ có giá ở mức 5 USD mỗi pao đối với các lượng nhỏ, do vậy Lindsay nhanh chóng ngừng không sản xuất nữa). Công nghệ phát triển và độ tinh khiết được nâng cao của ôxít neodymi có sẵn ở quy mô công nghiệp được phản ánh bằng sự xuất hiện của thủy tinh neodymi được làm từ đó vẫn tồn tại trong các bộ sưu tập ngày nay. Các miếng kính thời kỳ đầu của Moser và các loại thủy tinh neodymi khác sản xuất trong thập niên 1930 bị pha màu cam hay hơi đỏ nhiều hơn so với các loại thủy tinh neodymi ngày nay (có màu tía thuần khiết hơn), do các khó khăn trong việc loại bỏ các dấu vết cuối cùng của praseodymi khi người ta còn phải dựa vào công nghệ kết tinh phân đoạn.