人們很早就開始接觸配位化合物，當時大多用作日常生活用途，原料也基本上是由天然取得的，比如殺菌劑膽礬和用作染料的普魯士藍。最早對配合物的研究開始于1798年。法國化學家塔薩厄爾首次用二價鈷鹽、氯化銨與氨水制備出CoCl3·6NH3，并發現鉻、鎳、銅、鉑等金屬以及Cl、H2O、CN、CO和C2H4也都可以生成類似的化合物。當時并無法解釋這些化合物的成鍵及性質，所進行的大部分實驗也只局限于配合物顏色差異的觀察、水溶液可被銀離子沉淀的摩爾數以及電導的測定。對于這些配合物中的成鍵情況，當時比較盛行的說法借用了有機化學的思想，認為這類分子為鏈狀，只有末端的鹵離子可以離解出來，而被銀離子沉淀。然而這種說法很牽強，不能說明的事實很多。
1893年，瑞士化學家維爾納總結了前人的理論，首次提出了現代的配位鍵、配位數和配位化合物結構等一系列基本概念，成功解釋了很多配合物的電導性質、異構現象及磁性。自此，配位化學才有了本質上的發展。維爾納也被稱為“配位化學之父”，并因此獲得了1913年的諾貝爾化學獎。
1923年，英國化學家西季威克提出“有效原子序數”法則（EAN），提示了中心原子的電子數與它的配位數之間的關系。很多配合物，尤其是羰基配合物，都是符合該法則的，但也有很多不符合的例子。雖然這個法則只是部分反映了配合物形成的實質，但其思想卻也推動了配位化學的發展。
配位化合物現代的配位化學不再拘泥于電子對的施受關系，而是很大程度上借助于分子軌道理論的發展，開始研究新類型配合物如夾心配合物和簇合物。其中一個典型的例子便是蔡氏鹽—K[Pt(C2H4)Cl3]。雖然該化合物早在1827年便已經制得，但直到1950年才研究清楚其中的反饋π鍵性質。