Thuật ngữ quỹ đạo địa đồng bộ được George O. Smith giới thiệu lần đầu tiên với công chúng vào tháng 10 năm 1942 trong truyện đầu tiên của bộ truyện ngắn giả tưởng Venus Equilateral,[1] nhưng không đi sâu vào chi tiết. Nhà văn khoa học viễn tưởng người Anh Arthur C. Clarke phổ biến và mở rộng khái niệm này trong bài viết Extra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? trên tạp chí Wireless World năm 1945. Trong phần giới thiệu, Clarke thừa nhận bài viết của mình chịu ảnh hưởng và có mối liên hệ với bộ truyện Venus Equilateral.[2][3] Quỹ đạo do Clarke lần đầu tiên mô tả rất có giá trị cho các vệ tinh viễn thông thu phát tín hiệu,[3] đôi khi còn được gọi là Quỹ đạo Clarke.[4] Tương tự, tập hợp các vệ tinh nhân tạo trong quỹ đạo này cũng được gọi là Vành đai Clarke.[5]

Trong thuật ngữ kỹ thuật, quỹ đạo địa đồng bộ thường được gọi là địa tĩnh khi nằm trên đường xích đạo, nhưng các thuật ngữ được sử dụng thay thế cho nhau.[6][7] Cụ thể trong một số tài liệu tiếng Anh, geosynchronous Earth orbit (GEO) (quỹ đạo Trái Đất địa đồng bộ) có thể đồng nghĩa với geosynchronous equatorial orbit (quỹ đạo cận xích đạo)[8] hoặc geostationary Earth orbit (quỹ đạo Trái Đất địa tĩnh).[9]

Vệ tinh địa đồng bộ đầu tiên do Harold Rosen thiết kế tại Hughes Aircraft vào năm 1959. Lấy cảm hứng từ Sputnik 1, ông muốn sử dụng một vệ tinh địa tĩnh (xích đạo địa đồng bộ) để toàn cầu hóa truyền thông. Truyền thông giữa Hoa Kỳ và châu Âu sau đó có thể hỗ trợ 136 người cùng lúc, phụ thuộc vào sóng cao tần và cáp biển.[10]

Suy nghĩ thông thường vào thời điểm đó là cần một lượng năng lượng tên lửa lớn để đưa vệ tinh vào quỹ đạo địa đồng bộ nhưng vệ tinh cũng không duy trì trên quỹ đạo được lâu so với chi phí đã bỏ ra,[11] vì vậy những nỗ lực ban đầu chỉ nhắm đưa vệ tinh lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp hoặc tầm trung. Khởi đầu trong số đó là các vệ tinh khí cầu Echo thụ động vào năm 1960, tiếp theo là Telstar 1 vào năm 1962.[12] Mặc dù các khó khăn gặp phải về cường độ tín hiệu và theo dõi đều có thể được giải quyết bằng các vệ tinh địa đồng bộ, giải pháp này được coi là không thực tế nên Hughes giữ lại kinh phí hỗ trợ.[13]

Năm 1961, nhóm của Rosen đã thiết kế một mẫu hình trụ đường kính 76 xentimét (30 in), chiều cao 38 xentimét (15 in), nặng 11,3 kilôgam (25 lb), kích thước và khối lượng vừa đủ để đưa vào quỹ đạo. Mẫu được ổn định quay với ăng-ten lưỡng cực phát sóng dạng hình bánh kếp.[14] Tháng 8 năm 1961, họ ký hợp đồng bắt đầu chế tạo vệ tinh thực sự. Do lỗi điện tử, Syncom 1 không đạt được mục tiêu, nhưng Syncom 2 đã thành công bay vào quỹ đạo địa đồng bộ năm 1963. Mặc dù quỹ đạo nghiêng vẫn cần di chuyển ăng-ten, vệ tinh đã có thể chuyển tiếp truyền hình, cho phép tổng thống Hoa Kỳ John F. Kennedy điện đàm với thủ tướng Nigeria Abubakar Tafawa Balewa từ một con thuyền vào ngày 23 tháng 8 năm 1963.[13][15]

Ngày nay có hàng trăm vệ tinh địa đồng bộ dùng cho viễn thám, điều hướng và liên lạc.[16]

Mặc dù hầu hết các nơi tập trung đông dân cư trên thế giới hiện nay đều sử dụng phương tiện liên lạc mặt đất (vi ba, cáp quang) thường có lợi thế về độ trễ và băng thông, như 96% dân số được tiếp cận điện thoại và 90% có thể truy cập internet,[17] thì một số vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa ở các nước phát triển vẫn phụ thuộc vào liên lạc vệ tinh.[18][19]