Trong thế kỷ thứ 18, khái niệm của tuổi của Trái Đất là hàng triệu, nếu không phải hàng tỷ năm bắt đầu xuất hiện. Tuy nhiên, hầu hết các nhà khoa học trong suốt thế kỷ 10 mà trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 20 coi vũ trụ là trạng thái dừng và vĩnh viễn, và có thể có những ngôi sao đến và đi nhưng không có sự thay đổi nào xảy ra trong quy mô lớn nhất được biết đến tại thời điểm đó.

Những lý thuyết khoa học đầu tiên chỉ ra rằng độ tuổi của vũ trụ có thể có hạn là những nghiên cứu nhiệt động lực học, chính thức hóa từ giữa thế kỷ 19. Khái niệm entropy chỉ ra rằng nếu vũ trụ (hoặc các hệ đóng khác) có độ tuổi vô hạn, thì tất cả mọi thứ bên trong có nhiệt độ bằng nhau, và vì thế sẽ không có ngôi sao nào và không có sự sống. Không có giải thích khoa học nào cho sự trái ngược này được đưa ra tại thời điểm đó.

Năm 1915 Albert Einstein xuất bản thuyết tương đối rộng[15] và năm 1917 ông xây dựng mô hình vũ trụ đầu tiên dựa trên lý thuyết ông. Để phù hợp với vũ trụ trạng thái dừng, Einstein thêm thứ sau đó gọi là hằng số vũ trụ vào phương trình của ông. Tuy nhiên, năm 1922, cũng sử dụng thuyết của Einstein, Alexander Friedmann, và một cách độc lập năm năm sau đó là Georges Lemaître, chứng minh rằng vũ trụ không ở trong trạng thái dừng mà phải nở ra hoặc co lại. Mô hình của Einstein về vũ trụ dừng ngoài ra còn được chứng minh là không chắc chắn bởi Arthur Eddington.

Gợi ý có thể quan sát đầu tiên rằng vũ trụ có độ tuổi xác định bắt nguồn từ quan sát 'vận tốc rời đi', phần lớn bởi Vesto Slipher, kết hợp với khoảng cách đến 'tinh vân' (thiên hà) bởi Edwin Hubble trong một công hình xuất bản năm 1929.[16] Sớm hơn trong thế kỷ 20, Hubble và những người khác phân tích từng ngôi sao trong các tinh vân, do đó xác định rằng chúng là thiên hà, tương tự nhưng ở viên ngoài Ngân Hà của chúng ta. Ngoài ra, các thiên hà này rất lớn và xa. Phổ của các thiên hà xa xôi này cho thấy dịch chuyển đỏ trong quang phổ vạch của chúng có thể được tạo ra bởi hiệu ứng Doppler, do đó chỉ ra rằng những thiên hà này đang di chuyển xa ra so với Trái Đất. Ngoài ra, thiên hà càng xa (càng tối đi so với chúng ta) thì dịch chuyển đỏ càng lớn, và do đó chúng dịch chuyển có vẻ nhanh hơn. Đây là bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng vũ trụ không dừng mà đang giãn nở.Ước lượng tuổi vũ trụ đầu tiên bắt đầu từ tính toán thời gian tất cả mọi thứ bắt đầu lan tỏa ra khỏi điểm ban đầu. Giá trị ban đầu của Hubble cho tuổi của vũ trụ rất thấp, vì vũ trụ được cho là gần hơn nhiều so với các quan sát được thực hiện sau này.

Sự đo đạc chính xác chấp nhận được của tốc độ giãn nở của vũ trụ, một giá trị số mà bây giờ được biết đến là hằng số Hubble, được thực hiện năm 1958 bởi nhà thiên văn học Allan Sandage.[17] Giá trị đo được của ông ấy cho hằng số Hubble rất gần với giá trị được chấp nhận ngày nay.

Tuy nhiên Sandage, giống như Einstein, không tin vào kết của chính mình tại thời gian tìm ra nó. Giá trị của ông ấy cho tuổi của vũ trụ quá ngắn để nhất trí với giá trị 25-tỷ-năm tuổi được ước tính của ngôi sao già nhất được biết đến. Sandage và những nhà thiên văn học khác lặp lại những đo đạc này nhiều lần, cố gắng giảm hằng số Hubble và do đó tăng tuổi của vũ trụ. Sandage thậm chí còn đưa ra những lý thuyết tinh nguyên học để giái thích cho sự trái ngược này. Vấn đề này cuối cùng được giải quyết bởi sự cải thiện trong mô hình lý thuyết được sử dụng để ước lượng tuổi của sao. Tính đến năm 2013, bằng cách sử dụng mô hình mới nhất đối với sự tiến hóa của sao, tuổi ước tính của sao già nhất được biết đến là 14,46±0,8 tỷ năm.[18]

Việc tìm ra bức xạ phông vi sóng vũ trụ được thông báo năm 1965[19] cuối cùng mang đến cái kết có hiệu quả cho sự không chắc chắn về khoa học của vũ trụ giãn nở. Tàu không gian WMAP được phóng năm 2001, và Planck, phóng năm 2009, đưa ra dữ liệu để xác định hằng số Hubble và tuổi của vũ trụ không phụ thuộc vào các khoảng cách thiên hà, loại bỏ nguồn sai số lớn nhất.[12]