Thực vật đã là một phần của y học từ thời kỳ đầu của con người, có lẽ từ lâu trước khi ngôn ngữ viết xuất hiện và cho phép ghi chép mục đích của từng loài cây. Vì kỹ thuật chưng cất chưa được phát minh cho đến khi Avicenna khám phá ra vào khoảng năm 1000 Công Nguyên, con người thu thập các loài thực vật có hương thơm mạnh để sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, từ việc mang lại sự thoải mái cho người bệnh đến che giấu mùi của xác chết cho đến khi nó có thể được chôn cất. Trong Cựu Ước của Kinh Thánh Do Thái - Cơ Đốc giáo đã có những chỉ dẫn về việc sử dụng các loại cây cụ thể để thánh hóa đền thờ và bàn thờ (xem Tinh dầu được sử dụng trong tôn giáo như thế nào?), hàng ngàn năm trước khi các nhà giả kim bắt đầu chưng cất tinh chất của chúng.
Khoảng năm 4500 trước Công Nguyên, các tài liệu cho thấy người Ai Cập cổ đại đã ngâm các loại thực vật có hương thơm vào dầu (rất có thể là dầu ô liu, do sự phổ biến của loại quả này trong khu vực) và sử dụng dầu thơm thu được trong các loại thuốc mỡ, cao dán và thuốc đắp. Myrrh, nho, hành, thì là, và tuyết tùng đều mang lại hương thơm mạnh mẽ và có lợi ích y học rõ ràng, nên chúng trở thành những mặt hàng thiết yếu trong y học của người Ai Cập. Lần đầu tiên tinh dầu được đề cập trong y học Trung Quốc và Ấn Độ là vào khoảng từ năm 3000 đến 2000 trước Công Nguyên, với hơn 700 chất liệu được nhắc đến trong các văn bản cổ đại đã tồn tại đến thời hiện đại. Danh sách ấn tượng này bao gồm gỗ đàn hương, quế, gừng và myrrh, một số loại tinh dầu phổ biến nhất hiện nay.
Vào khoảng năm 1800 trước Công Nguyên, một nhóm các bác sĩ La Mã và Hy Lạp đã đến Ai Cập để học hỏi từ các bác sĩ nổi tiếng của nước này, những người không chỉ thực hành y học mà còn ghi chép lại thành công và thất bại của họ vì lợi ích chung. Một trong những công cụ mà các bác sĩ này ủng hộ là việc sử dụng thực vật và tinh chất của chúng cho các bệnh cụ thể, một số được pha trộn với dầu dẫn hoặc sử dụng trong các chế phẩm để thoa lên cơ thể bệnh nhân. Các bác sĩ Hy Lạp và La Mã đã mang thông tin này về vùng lãnh thổ của họ, và các loại dầu này trở thành một phần của truyền thống y học Hy Lạp. Các bác sĩ Hy Lạp chấp nhận thì là, kinh giới, bạc hà, nghệ tây và húng tây vì các đặc tính y học của chúng, như các ghi chép đã lưu lại lần đầu tiên vào khoảng từ năm 500 đến 400 trước Công Nguyên. Tuy nhiên, người La Mã đã mất hoặc quên đi kiến thức về thực vật có hương thơm và cách sử dụng chúng trong việc chữa lành khi đế chế La Mã sụp đổ từ năm 376 đến 476 Công Nguyên.
Hàng thế kỷ trôi qua trước khi kiến thức về tinh chất thực vật và khả năng chữa lành của chúng tái xuất hiện, được thúc đẩy bởi phương pháp chưng cất của Avicenna người Ba Tư. Người Ả Rập đã tiến thêm một bước, trở thành những người đầu tiên lên men đường và chưng cất cồn ethyl từ nó. Chất mới này trở thành dung môi tốt hơn để chiết xuất tinh chất thực vật so với dầu, làm cho tinh chất trở nên dễ tiếp cận hơn với các nhà giả kim vào những năm 1200. Vào thời điểm này, Marco Polo đã thực hiện cuộc hành trình nổi tiếng của mình đến châu Á và mang về các loại gia vị như thảo quả, quế, nhục đậu khấu và xô thơm, làm hài lòng các thương nhân và cả các bác sĩ, những người bắt đầu thử nghiệm để xác định xem liệu các loại gia vị và thảo mộc mới này có công dụng trong việc điều trị bệnh tật và vết thương hay không.
Y học tiến triển chậm chạp trong thời đại trước khi có các phòng thí nghiệm hiện đại, vì vậy tài liệu tiếp theo về tiền thân của tinh dầu xuất hiện vào những năm 1500 ở châu Âu, khi danh sách các loại dầu bao gồm benzoin, calamus, tuyết tùng, quế, costus, myrrh, hoa hồng, hương thảo, xô thơm và dầu thông. Một bác sĩ Thụy Sĩ tên Paracelsus đã trở thành người tiên phong trong việc sử dụng các loại dầu này cho mục đích y học, khuyến khích các bác sĩ và nhà giả kim khác làm việc để chiết xuất tinh chất từ lá, rễ và gỗ hoặc vỏ cây cũng như từ thân cây.
Đến thế kỷ 18, đã có tới 100 loại tinh dầu khác nhau trở thành một phần trong kho của các nhà dược học. Giá trị y học thực sự của các loại dầu này vẫn còn là điều cần được kiểm chứng sau ba thế kỷ, nhưng các nhà hóa học trong nhiều lĩnh vực đã nhận nhiệm vụ xác định thành phần hóa học của từng loại dầu. Điều này đã mở ra cánh cửa cho việc sử dụng các loại dầu này trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ nước hoa đến hương liệu thực phẩm.
Năm 1937, nhà hóa học người Pháp Rene Gattefosse đã xuất bản cuốn sách "Aromatherapy", một cuốn sách về việc sử dụng hơi nước từ các loại dầu thơm để điều trị bệnh tật. Bằng chứng về hiệu quả của kỹ thuật này phần lớn mang tính giai thoại hoặc dựa trên một số ít trường hợp, nhưng giống như những cuốn sách về các phương pháp chữa trị kỳ diệu phổ biến ngày nay, lý thuyết của Gattefosse đã thu hút sự chú ý và trở nên phổ biến. Liệu pháp hương thơm vẫn là một hiện tượng ở châu Âu cho đến đầu những năm 1980, khi Jean Valnet, một bác sĩ người Pháp, xuất bản cuốn sách "The Practice of Aromatherapy". Cuốn sách này đã vượt qua đại dương và nhận được sự chú ý ở Hoa Kỳ, làm mới và thúc đẩy ngành công nghiệp tinh dầu ở đây.
Thế kỷ 20 chứng kiến sự xuất hiện của một nền tảng khác: tinh dầu như các biện pháp khắc phục tại nhà cho mọi thứ từ việc trị bệnh móng tay đến hen suyễn, cũng như việc sử dụng chúng trong các sản phẩm làm sạch. Khi liệu pháp hương thơm trở nên phổ biến, tinh dầu đã trở thành xu hướng chủ đạo và trở thành một ngành kinh doanh trị giá hàng tỷ đô la với nhiều nhà sản xuất, đóng chai, đóng gói và các công ty tiếp thị, giúp chúng dễ dàng tiếp cận với công chúng.
