Tia âm cực được Johann Hittorf phát hiện vào năm 1869 trong các ống Crookers nguyên thủy. Ông quan sát thấy một số tia sáng không rõ đã được phát ra từ cathode (cực âm) có thể tạo ra bóng trên tường phát sáng của ống, cho thấy các tia này đi theo đường thẳng. Vào năm 1890, Arthur Schuster đã chứng minh rằng tia âm cực có thể bị tĩnh điện làm chệch hướng, và William Crookes đã cho thấy nó có thể bị từ trường làm chệch hướng. Năm 1897, J. J. Thomson đã thành công trong việc đo khối lượng của tia âm cực, cho thấy nó bao gồm các hạt mang điện tích âm nhỏ hơn nguyên tử, các hạt "dưới nguyên tử" đầu tiên, mà sau này được đặt tên là điện tử (electron). Các phiên bản sớm nhất của CRT được biết đến như "ống Braun" được phát minh bởi nhà vật lý học người Đức Ferdinand Braun vào năm 1897.[5][6] Đó là một diode cathode lạnh, một dạng chỉnh sửa mới của ống Crookes với photsphor tráng phủ màn hình.

Năm 1907 nhà khoa học người Nga Boris Rosing sử dụng một màn hình CRT ở cuối điểm nhận của một tín hiệu video thử nghiệm nhằm tạo một bức tranh. Ông đã cố gắng hiển thị những khối hình học đơn giản lên màn hình, đánh dấu lần đầu tiên công nghệ CRT đẫ được sử dụng theo cách mà ngày nay được gọi là truyền hình.[1]

Ống tia âm cực đầu tiên sử dụng một cathode nóng được John B Johnson phát triển (người tạo ra thuật ngữ tiếng ồn/nhiễu Johnson) và Harry Weiner Weinhart của công ty Western Electric. Ống tia âm cực trở thành một sản phầm thương mại vào năm 1922.

Tên của ống tia âm cực được nhà phát minh Vladimir K. Zworykin đặt tên vào năm 1929.[7] RCA đã được cấp một thương hiệu cho thuật ngữ này (đối với ông tia âm cực) vào năm 1932. RCA đưa thuật ngữ này phát hành rộng rãi ra công chúng vào năm 1950.[8]

Các máy truyền hình điện tử đầu tiên với ống tia âm cực được Telefunken sản xuất  ở Đức vào năm 1934.[9][10]