熱分析的起源可以追溯到19世紀末。第一次使用的熱分析測量方法是熱電偶測量法，1887年法國勒·撒特爾第一次使用熱電偶測溫的方法研究粘土礦物在升溫過程中熱性質的變化。
此后，熱分析開始逐漸在粘土研究、礦物以及合金方面得到應用。電子技術及傳感器技術的發展推動了熱分析技術的縱深發展，逐漸產生了DTA（Differential Thermal Analyzer）技術；根據物質在受熱過程中質量的減少，產生了TG（Thermogravimetric Analyzer）技術，等等。同時，拓展了熱分析技術的應用領域，熱分析逐漸成為塑料、橡膠、樹脂、涂料、食品、藥物、生物有機體、無機材料、金屬材料和復合材料等領域。并且成為研究開發、工藝優化和質檢質控的必不可少的工具。
熱分析的定義是在1977年在日本京都召開的國際熱分析協會（ICTA）第七次會議上誕生的，當時給熱分析下定義為：熱分析是在程序控制溫度下，測量物質的物理性質與溫度的關系的一類技術。因此許多與熱物理性質有關的分析方法都歸屬的熱分析方法當中。