1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术，他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其它的一些科学家在此之前也曾做过一些研究工作，解决了一些技术上的的问题。全息投影的发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现，而这项技术由该公司在1947年12月申请了专利（专利号GB685286）。这项技术从发明开始就一直应用于电子显微技术中，在这个领域中被称为电子全息投影技术，但是全息投影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展。
第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄的。与此同时，美国密歇根大学雷达实验室的工作人员艾米特·利思和尤里斯·乌帕特尼克斯也发明了同样的技术。尼古拉斯·菲利普斯改进了光化学加工技术，以生产高质量的全息投影图片。
全息投影可以分为如下若干类。透射全息投影，如利思和乌帕特尼克斯所发明的技术，这种技术通过向全息投影胶片照射激光，然后从另一个方向来观察重建的图像。后来经过改进，彩虹全息投影可以使用白色光来照明，以观察重建的图像。彩虹全息投影广泛的应用于诸如信用卡安全防伪和产品包装等领域。这些种类的彩虹全息投影通常在一个塑料胶片形成了表面浮雕图案，然后通过在背面镀上铝膜使光线透过胶片以重建图像。另一种常见的全息投影技术称为反射全息投影，或称为丹尼苏克全息投影。这种技术可以通过使用白色光源从和观察者相同的方向来照射胶片，通过反射来重建彩色的图像，以重建图像。镜面全息投影是一种通过控制镜面在二维表面上的运动来制造三维图像的相关技术。它通过控制反射光线或者折射光线来构造全息图像，而盖伯的全息投影是通过衍射光来重建波前的。
促使全息投影在短短的一段时间内就蓬勃发展的关键原因是低成本的固体激光器的大规模生产，如DVD播放机和其他的一些常用设备中所使用的激光器。这些激光器对全息投影的发展也产生了极大的促进作用。这些廉价的体积又很小的固体激光器可以在某些条件下与最初用于全息投影的那些大型的昂贵的气体激光器相媲美，因此使得预算较低的研究者、艺术家甚至业余爱好者都可以参与到全息投影研究中来。
2014年6月，美国加州的一家新创公司，正在研发三维全息投影芯片，最早2015年底之前，智能手机将具备三维投影的功能。研制出一个体积只有药片大小的三维全息投影仪，分辨率高达5000PPI，可以精确控制每一个光束的亮度、颜色，以及角度。
只需要一个芯片，就可以投射出一个可以接受的三维全息图像，不过只要增加芯片数量，则可以投射出形状更加复杂的三维物体，细节更加详实，这一芯片和技术的研发还在初始阶段，第一款芯片，目的是全息投影二维图像，芯片在2015年的夏天交付给手机厂商。
他们研制的第二款投影芯片，将可以实现全息三维投影，立体影像可以漂浮在空气中，看上去就像是一个真实存在的物体。第一款芯片推出几个月之后，第二款芯片也将开始进入生产制造。
另外除了智能手机之外，该公司研发的三维全息投影芯片，还将进入到各种显示设备中，比如电视机、智能手表，甚至是“全息桌面”。届时，三维全息投影时代将真正到来。
