PCR的發展可以說是從DNA合成酵素的發現緣起。DNA合成酵素最早于1955年發現 (DNA polymerase I), 而較具有實驗價值及可得性的Klenow fragment of E. Coli 則是于70年代的初期由Dr. H. Klenow 所發現, 但由于這個酵素是一種易被熱所破壞之酵素, 因此不符合一連串的高溫連鎖反應所需。現今所使用的酵素 (簡稱 Taq polymerase), 則是于1976年從熱泉 Hot spring中的細菌(Thermus Aquaticus) 分離出來的。 它的特性就在于能耐高溫，是一個很理想的酵素，但它被廣泛運用則于80年代之后。PCR的原始雛形概念是類似基因修復復制 (DNA repair replication)，它是于1971年由 Dr. Kjell Kleppe 提出。他發表第一個單純且短暫性基因復制 (類似PCR前兩個周期反應) 的實驗。 而現今所發展出來的PCR則于1983由 Dr. Kary B. Mullis發展出的，Dr. Mullis當年服務于一家物科技研究公司 (Perkin-Elmer Cetus Corporation). 目前這家公司在PCR的相關儀器及原料上占有很大的巿場。Dr.Mullis 并于1985年與 Saiki 等人正式表了第一篇相關的論文。此后，PCR的運用一日千里，相關的論文發表質量可以說是令眾多其它研究方法難望其項背。在 1989 年，Science 將PCR中的DNA合成酵素命名為當年的風云分子 (Molecule of the year)，而PCR本身則列為年度的重要科學發明產物。當然，它的原發明者更在往后獲得諾貝爾的桂冠。