Antiikin ajoista lähtien ihminen on leikitellyt ajatuksella keinotekoisista älyllisistä olennoista. Tämän kaltaiset hahmot ovat olleet osana tarinankerrontaa jo länsimaisen historian alkuajoilta saakka. Teollisen vallankumouksen jälkeen 1800-luvulla yleistyivät sekä kauhuromanttinen, että tieteiskirjallisuus, joka on tuonut ihmisen tietoisuuteen sellaisia mielikuvituksellisia olentoja kuten Frankensteinin hirviö. Platonin ja Aristoteleen ajoista saakka filosofit ja matemaatikot ovat olleet innostuneet mekaanisen tai muodollisen päättelyn tutkimuksesta, joka puolestaan on herättänyt kysymyksiä etiikkaan ja moraalifilosofiaan liittyen.

Vuonna 1936 kolme matemaatikkoa, Alan Turing, Alonso Church and Emil Post kehittivät jokainen toisistaan riippumatta ensimmäiset universaalien tietokoneiden abstraktit mallit. Alan Turing keskittyi matemaattiseen logiikkaan ja loi teoreettisen mallin koneelle, jolla voisi suorittaa laskelmia syöttötietoihin perustuen. Alonso Church puolestaan loi metodin nimeltä lambdakalkyyli funktioiden määrittämiseen. Yhdistettynä näitä kutsutaan Churchin-Turingin konjektuuriksi. Turingin periaatteeksi kutsutun säännön mukaan jokaista funktiota, jota pidetään laskettavana luonnollisella tavalla, voidaan laskea universaalilla Turingin koneella.

Samalla vuosikymmenellä tehtiin rinnakkaisia löytöjä neurobiologian, informaatioteorian ja kybernetiikan aloilla. Tämä johti päätelmään, jonka mukaan keinotekoisten aivojen rakentaminen olisi mahdollista. Turing määritteli tekoälyn lauseella: “Mikäli ihminen ei kykene erottamaan koneen ja ihmisen reaktioita, voidaan konetta pitää älykkäänä.” Ensimmäinen tekoälyksi luokiteltava työ valmistui 1943. Se oli McCulloughin ja Pittsin muodollinen suunnitelma niin kutsutuille Turing-vahvoille keinotekoisille neuroneille.

Tekoälyn akateeminen tutkimus syntyi seuraavalla vuosikymmenellä työpajassa Darthmouth Collegessa vuonna 1956. Saman vuosikymmenen aikana ensimmäiset tietokoneet oppivat tammi-pelin strategioita ja vuosikymmenen loppuun mennessä kehittyivät niin taitaviksi, että pelasivat ihmisiä paremmin. 1960-luvulla Yhdysvalloissa tekoälyn tutkimusta rahoitti pääasiallisesti Puolustusministeriö. Tutkimuslaboratorioita oli jo tuolloin perustettu ympäri maailman.

Vaikka tekoälyn isät itse olivat optimistisia ja ennustivat tietokoneiden tekevän ihmisten työn jo kahdenkymmenen vuoden kuluessa ensimmäisten tietokoneiden rakentamisesta, kehitys hidastui 1970-luvun puolivälissä. Iso-Britannian ja Yhdysvaltojen hallitukset leikkasivat rahoitusta. Tämä muutos johti niin kutsuttuun tekoälytalveen. 1980-luvun alussa tutkimus elpyi hetkellisesti tietokoneiden kaupallisen menestyksen myötä, mutta menestys hiipui uudelleen pörssien romahtaessa vuonna 1987.

1990-luvun lopulla tekoälyä alettiin käyttää logistiikassa, tietojenlouhinnassa ja lääketieteellisissä diagnooseissa muiden alojen ohella. Tekoälyn kehitys lähti uuteen nousuun, sen myötä vauhti on vain kiihtynyt. 2010-luvulle tultaessa nopeammat tietokoneet, algoritmien kehitys, sekä pääsy käsiksi laajoihin tietokantoihin ovat edistäneet koneoppimista ja havainnointia.