人類(lèi)對(duì)齒輪的使用源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，有史料記載中國(guó)是上個(gè)使用齒輪的，公元前400年至前200年間的中國(guó)古代就開(kāi)始使用齒輪，中國(guó)山西省出土的青銅齒輪是迄今發(fā)現(xiàn)的古老齒輪。張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀、古印度的棉核剔除機(jī)構(gòu)(現(xiàn)收藏于柏林博物館)都含有齒輪機(jī)構(gòu)。齒輪的具體發(fā)明人無(wú)史可考，而亞里士多德可認(rèn)為是個(gè)系統(tǒng)論述這一機(jī)構(gòu)的人。而阿基米德不僅對(duì)齒輪和蝸輪有詳盡的論述，Pappus更記載了阿基米德通過(guò)一個(gè)蝸輪和九個(gè)齒輪的機(jī)構(gòu)，使少數(shù)幾個(gè)奴隸就將大船Syrakusia推下海中。

早期齒輪并沒(méi)有齒形和齒距的規(guī)格要求，因此連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)輪往往不能使被動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了解決這一問(wèn)題，齒形發(fā)展為弧形，并通過(guò)減小齒距使被動(dòng)輪獲得連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這使得齒輪機(jī)構(gòu)的汲水裝置十分普及。

由于鐘表的出現(xiàn)和普及，人們產(chǎn)生了對(duì)齒輪定速驅(qū)動(dòng)的需求。由齒廓嚙合基本定律：一對(duì)齒廓的瞬時(shí)速比，等于該瞬時(shí)接觸點(diǎn)的公法線截連心線為兩段線段的反比。和驅(qū)動(dòng)比恒定的條件：過(guò)接觸點(diǎn)所作兩齒廓的公法線均須與連心線交于一固定的點(diǎn)。

所決定的齒形理論上是無(wú)窮多的，OlafRoemer在1674年曾論述外擺線齒形，而1694年P(guān)hilippdelaHire提出了漸開(kāi)線齒形。在1733年，Camus提出了著名的Camus定理：

輪齒接觸點(diǎn)的公法線必須通過(guò)中心連繞上的節(jié)點(diǎn)。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節(jié)圓)純滾動(dòng)時(shí)，與輔助瞬心線固聯(lián)的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡(luò)形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的。

1765年，Euler闡明了相嚙合的齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。其后Savary完善了這一關(guān)系，形成了現(xiàn)在使用的Euler-Savary方程。1873年，Hoppe指出了不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時(shí)的漸開(kāi)線齒形，從而奠定了變位齒輪的基礎(chǔ)。19世紀(jì)末，范成切齒法原理的提出使?jié)u開(kāi)線齒形終戰(zhàn)勝擺線齒形走上了大規(guī)模生產(chǎn)的道路。

1907年，F(xiàn)rankHumphris提出了圓弧齒形。圓弧齒形在使用壽命和減小尺寸方面有一定特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也逐漸發(fā)揮作用。