La chimie des polymères a commencé par l'étude des longues fibres des plantes. Les travaux d'Henri Braconnot en 1777 et ceux de Christian Schönbein en 1846 ont conduit à la découverte de la nitrocellulose. La nitrocellulose traitée au camphre permet de fabriquer du celluloïd. Les chimistes dissolvent le celluloïd dans de l'éther ou de l'acétone pour en faire du collodion. Les médecins utilisent le collodion comme pansement depuis la guerre civile américaine. L'acétate de cellulose a été préparé pour la première fois en 1865. En 1834, Friedrich Ludersdorf et Nathaniel Hayward ont découvert indépendamment que l'ajout de soufre au caoutchouc naturel brut (polyisoprène) permettait d'éviter que le matériau ne devienne collant. En 1844, Charles Goodyear a reçu un brevet américain pour la vulcanisation du caoutchouc avec du soufre et de la chaleur. Thomas Hancock avait reçu un brevet pour le même procédé au Royaume-Uni l'année précédente.
En 1884, Hilaire de Chardonnet a créé la première usine de fibres artificielles à base de cellulose régénérée, ou rayonne viscose, comme substitut de la soie, mais elle était très inflammable. En 1907, Leo Baekeland a inventé le premier polymère synthétique, une résine phénol-formaldéhyde thermodurcissable appelée Bakélite. À peu près à la même époque, Hermann Leuchs a signalé la synthèse de N-carboxyanhydrides et de leurs produits de haut poids moléculaire par réaction avec des nucléophiles. Mais Leuchs ne les a pas qualifiés de polymères, peut-être en raison des opinions tranchées d'Emil Fischer, son superviseur direct, qui niait la possibilité qu'une molécule covalente puisse dépasser 6 000 daltons. La cellophane a été inventée en 1908 par Jocques Brandenberger qui a jeté des feuilles de rayonne de viscose dans un bain d'acide.
En 1922, Hermann Staudinger (un chimiste allemand) a proposé que les polymères étaient de longues chaînes d'atomes maintenues ensemble par des liaisons covalentes. Il a également proposé de nommer ces composés "macromolécules". Avant cela, les scientifiques pensaient que les polymères étaient des grappes de petites molécules (appelées colloïdes), sans poids moléculaire défini, maintenues ensemble par une force inconnue. Staudinger a reçu le prix Nobel de chimie en 1953.
Wallace Carothers a inventé le premier caoutchouc synthétique appelé néoprène en 1931. Le néoprène a été le premier polyester. Carothers a ensuite inventé le nylon, véritable substitut de la soie, en 1935. Paul Flory a reçu le prix Nobel de chimie en 1974 pour ses travaux sur les configurations de bobines aléatoires de polymères en solution dans les années 1950. Stephanie Kwolek a développé un aramide, ou nylon aromatique nommé Kevlar, breveté en 1966.
Il existe aujourd'hui un grand nombre de polymères commerciaux. Ils comprennent des matériaux composites tels que les fibres de carbone époxy, le polystyrène-polybutadiène (HIPS), l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). Les chimistes conçoivent les polymères commerciaux de manière à combiner les meilleures propriétés de leurs différents composants. Par exemple, les polymères spéciaux utilisés dans les moteurs automobiles sont conçus pour fonctionner à des températures élevées.
Il a fallu beaucoup de temps avant que les universités n'introduisent des programmes d'enseignement et de recherche en chimie des polymères. Un "Institut fur Makromolekulare Chemie" a été fondé en 1940 à Fribourg, en Allemagne, sous la direction de Hermann Staudinger. En Amérique, un "Institut de recherche sur les polymères" (PRI) a été créé en 1941 par Herman Mark à l'Institut polytechnique de Brooklyn (aujourd'hui Institut polytechnique de NYU). Plusieurs centaines de diplômés du PRI ont joué un rôle important dans l'industrie et le milieu universitaire américains des polymères. D'autres PRI ont été fondés en 1961 par Richard S. Stein à l'université du Massachusetts, Amherst, en 1967 par Eric Baer à la Case Western Reserve University et en 1988 à l'université d'Akron.
