Kimia polimer dimulai dengan mempelajari serat-serat panjang pada tanaman. Karya Henri Braconnot pada tahun 1777 dan karya Christian Schönbein pada tahun 1846 mengarah pada penemuan nitroselulosa. Nitroselulosa yang diolah dengan kapur barus membuat seluloid. Ahli kimia melarutkan seluloid dalam eter atau aseton untuk membuat kolodion. Dokter telah menggunakan kolodion sebagai pembalut luka sejak Perang Saudara AS. Selulosa asetat pertama kali disiapkan pada tahun 1865. Pada tahun 1834, Friedrich Ludersdorf dan Nathaniel Hayward secara independen menemukan bahwa menambahkan belerang ke karet alam mentah (poliisoprena) membantu mencegah bahan menjadi lengket. Pada tahun 1844 Charles Goodyear menerima paten A.S. untuk vulkanisasi karet dengan belerang dan panas. Thomas Hancock telah menerima paten untuk proses yang sama di Inggris setahun sebelumnya.
Pada tahun 1884, Hilaire de Chardonnet memulai pabrik serat buatan pertama berdasarkan selulosa regenerasi, atau rayon viskosa, sebagai pengganti sutra, tetapi sangat mudah terbakar. Pada tahun 1907 Leo Baekeland menemukan polimer sintetis pertama, resin fenol-formaldehida termoseting yang disebut Bakelite. Sekitar waktu yang sama, Hermann Leuchs melaporkan sintesis N-karboksianhidrida dan produk berbobot molekul tinggi setelah bereaksi dengan nukleofil. Tetapi Leuchs tidak menyebutnya polimer, mungkin karena pandangan kuat yang dipegang oleh Emil Fischer, atasan langsungnya, menyangkal kemungkinan adanya molekul kovalen yang melebihi 6.000 dalton. Selofan ditemukan pada tahun 1908 oleh Jocques Brandenberger yang menyemprotkan lembaran rayon viskosa ke dalam rendaman asam.
Pada tahun 1922, Hermann Staudinger (seorang ahli kimia Jerman) mengusulkan bahwa polimer adalah rantai panjang atom yang disatukan oleh ikatan kovalen. Dia juga mengusulkan untuk menamai senyawa ini "makromolekul". Sebelum itu, para ilmuwan percaya bahwa polimer adalah kelompok molekul kecil (disebut koloid), tanpa bobot molekul yang pasti, yang disatukan oleh kekuatan yang tidak diketahui. Staudinger menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1953.
Wallace Carothers menemukan karet sintetis pertama yang disebut neoprene pada tahun 1931. Neoprene adalah poliester pertama. Carothers kemudian menemukan nilon, pengganti sutra yang sebenarnya, pada tahun 1935. Paul Flory dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1974 untuk karyanya pada konfigurasi kumparan acak polimer dalam larutan pada tahun 1950-an. Stephanie Kwolek mengembangkan aramid, atau nilon aromatik bernama Kevlar, yang dipatenkan pada tahun 1966.
Sekarang terdapat sejumlah besar polimer komersial. Polimer ini mencakup bahan komposit seperti serat karbon-epoksi, polistirena-polibutadiena (HIPS), akrilonitril-butadiena-stirena (ABS). Ahli kimia merancang polimer komersial untuk mengombinasikan sifat terbaik dari berbagai komponennya. Contohnya, polimer khusus yang digunakan dalam mesin mobil dirancang untuk bekerja pada suhu tinggi.
Butuh waktu lama sebelum universitas memperkenalkan program pengajaran dan penelitian dalam kimia polimer. "Institut fur Makromolekulare Chemie" didirikan pada tahun 1940 di Freiburg, Jerman di bawah arahan Hermann Staudinger. Di Amerika, sebuah "Polymer Research Institute" (PRI) didirikan pada tahun 1941 oleh Herman Mark di Polytechnic Institute of Brooklyn (sekarang Polytechnic Institute of NYU). Beberapa ratus lulusan PRI memainkan peran penting dalam industri dan akademisi polimer AS. PRI lainnya didirikan pada tahun 1961 oleh Richard S. Stein di University of Massachusetts, Amherst, pada tahun 1967 oleh Eric Baer di Case Western Reserve University dan pada tahun 1988 di University of Akron.
