Tên lửa hành trình có nguồn gốc từ rất sớm, năm 1917 trong Chiến tranh thế giới thứ nhất đã có dự án "ngư lôi bay" (Kettering bug) của quân đội Hoa Kỳ: người ta thử nghiệm một loại máy bay hai tầng cánh (biplane) chất đầy thuốc nổ cho cất cánh về phía mục tiêu[cần dẫn nguồn]. Sau một khoảng thời gian đã định cánh máy bay sẽ bị gãy ra để máy bay lao xuống đất. Dự án không được áp dụng vì chiến tranh kết thúc trước khi dự án được hoàn thiện.[cần dẫn nguồn]

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, để chống lại lực lượng hải quân áp đảo của Hoa Kỳ, quân đội Thiên hoàng của Nhật Bản đã dùng các phi đội thần phong cảm tử để lao vào tàu chiến của địch. Đây là các "tên lửa hành trình có người lái".[cần dẫn nguồn]

Đặc biệt tại chiến trường châu Âu nước Đức Quốc xã đã dùng bom bay V-1 để tấn công nước Anh và chúng thật sự là tên lửa hành trình theo đúng nghĩa hiện đại:

Bom bay V-1 trang bị một động cơ phản lực còn rất thô sơ, dùng hệ thống tự động lái (autopilot) điều khiển bằng Gyroscope (hệ thống điều khiển theo quán tính tiếng Anh: Inertial guidance system). Tuy hệ thống điều khiển còn rất thô sơ trong chế tạo nhưng ý tưởng là rất mới mẻ và còn được áp dụng trong rất nhiều hệ điều khiển vũ khí hiện đại sau này. V-1 có các thông số kỹ thuật chính như sau:

• Kích thước (Dài × Sải cánh × Cao): 7,9 × 5,4 × 1,42 m
• Tốc độ: 656 km/h
• Bán kính hoạt động: 240 km
• Trọng lượng tên lửa: 2.150 kg
• Trọng lượng đầu đạn: 830 kg[cần dẫn nguồn]

Trong những năm 1980 trong cao trào chạy đua vũ khí tên lửa tầm trung. Hoa Kỳ cho triển khai loại tên lửa hành trình Tomahawk mang đầu đạn hạt nhân với ba phương án phóng từ máy bay, phóng từ tàu chiến và tàu ngầm, trong khi Liên Xô có loại tên lửa tương đương là Raduga Kh-55. Hệ vũ khí Tomahawk của Hoa Kỳ và Raduga Kh-55 của Liên Xô tạo nên bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo vũ khí nhất là ở hệ thống điều khiển công nghệ cao: tên lửa ngoài hệ thống dẫn đường theo quán tính cổ điển được tích hợp hệ thống dẫn đường lập trình sẵn (tự lập) dựa trên sự thay đổi cao độ của địa hình - hệ thống TERCOM (TERrain COntour Matching system - tên lửa vừa bay vừa dùng mắt thần laser đo cao độ của địa hình và hiệu chỉnh với các tham số của bản đồ số đã được lập trình bay) cho đến nay đây vẫn là bí quyết công nghệ cao của Hoa Kỳ và Nga. Công nghệ dẫn đường này cho phép tên lửa hành trình đạt độ chính xác cao.[cần dẫn nguồn]

Tại Liên Xô, công việc bắt đầu tại cục Raduga với mẫu tên lửa hành trình phóng trên không mới vào năm 1971, với chuyến bay thử đầu tiên vào năm 1976.[1] Không quân Xô viết đưa ra một yêu cầu chính thức về một loại tên lửa hành trình phóng trên không vào tháng 12-1976.[2] Kh-55SM tầm xa được phát triển một vài năm trước khi đi vào hoạt động. Vào cuối thập niên 1980 công việc lại tiếp tục bắt đầu với một loại tên lửa thay thế trang bị đầu đạn thông thường (Kh-101) hay đầu đạn hạt nhân (Kh-102)[3] và khả năng tàng hình tốt. Nó được thiết kế bởi kỹ sư Igor Seleznyev thuộc Raduga.[4]

Năm 1982, hãng Boeing đã giao cho Không quân Hoa Kỳ những tên lửa hành trình phóng từ trên không ALCM (Air Launched Cruise Missiles) đầu tiên của họ. Đó là những máy bay nhỏ, cánh hình mũi tên có thể gập lại được (cánh cụp-xòe). Chúng được ngoắc dưới cánh máy bay B52, mỗi máy bay 12 tên lửa. Những chuyến giao tên lửa hành trình "vô hình" (stealth) đầu tiên cho không lực Mỹ đã diễn ra vào năm 1986. Chương trình đó, được biết chính thức dưới tên gọi ACM (Advanced Cruise Missile, tên lửa hành trình tiên tiến), là một trong những bí mật nhất của Lầu năm góc. Không quân Pháp năm 1986 đã nhận tên lửa tuần tiễu đầu tiên có đầu đạn nhiệt hạch của mình, loại ASMP, tên lửa "không đối đất tầm trung bình", do Aérospatiable chế tạo.[cần dẫn nguồn]

Trong những năm 1990 và sau này với sự ứng dụng rộng rãi công nghệ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) tên lửa hành trình đã trang bị công nghệ này cho việc dẫn đường đạt độ chính xác gần như tuyệt đối (Toạ độ mục tiêu được đưa vào chương trình dẫn đường của hệ thống dẫn hướng theo quán tính, trong quá trình bay lên lửa liên tục kết nối với hệ thống định vị toàn cầu để xác định toạ độ của mình, so sánh với toạ độ mục tiêu và đưa ra các hiệu chỉnh tham số bay). Với sự áp dụng dẫn đường bằng GPS, bí mật công nghệ TERCOM của Hoa Kỳ mất vai trò độc tôn, giờ đây các nước công nghệ hạng hai cũng có thể chế tạo tên lửa hành trình có độ chính xác cao, việc này tạo thách thức phổ biến vũ khí công nghệ cao ra khắp thế giới. Hiện nay đã có ít nhất là 12 nước xuất khẩu tên lửa hành trình và hàng chục nước khác có loại vũ khí này ở các mức độ hiện đại khác nhau.[cần dẫn nguồn]