質譜學的產生和發展過程已經經歷了一個多世紀。1898年維恩（W. Wien）首先實現了使一束正離子在電場和磁場中發生偏轉。1912年托馬遜（J. J.Thompson）利用此原理把氖20和22兩個同位素分開。1918年丹普斯特（J. Dempster）和1919年阿斯頓（F. W.Aston）制造了第一批質譜儀來測定同位素。早期的質譜工作僅限于測定同位素和元素的精確摩爾質量等物理學領域，基本上處于理論研究階段。1935年泰勒（Tayler）用改進了的阿斯頓（Aston）儀器開始研究有機物質譜。到第二次世界大戰時期，原子能和石油化學工業的發展，使質譜的應用進入了生產技術領域，加快了發展速度。
最早的用于有機分析的質譜儀器是1940年美國聯合電力公司（CEC）生產的CEC-21-101型質譜計。當時美國為了要打破日本在東南亞對天然橡膠的封鎖，采用石油氣作原料發展合成橡膠工業，需要進行石油氣和簡單輕質烴的分析，而質譜法在當時是最有效的手段。隨著石油化工的發展、石油產品的增加以及塑料和合成纖維工業的發展，對石油餾分的分析提出了更高的要求。1951年布朗（Brown）用裂片法分析了催化裂化汽油的烴組成值（PONA值），為有機質譜在石油化工中的應用打開了局面。到20世紀60年代，質譜法已應用在汽油、煤油、柴油、潤滑油和烯烴聚合物的類型組成分析，現在已有近20個質譜分析方法被列為美國材料試驗協會（ASTM）標準方法。20世紀70年代后期，由于能源危機，石油化工的發展以及石油產品的深加工，用質譜法研究重油組成日益被重視。為了開發新能源，用質譜法對石油、煤、頁巖等礦物資料中某些天然有機物的結構分析，不僅對生油理論的研究而且對能源的開發利用都具有實用價值。隨著科學和工業的發展，環境保護問題日益引起人們的重視，因此用質譜法或色譜—質譜—計算機聯用技術檢測微量有害物質已成為不可缺少的分析手段。質譜法廣泛應用于有機分子的結構測定中。當試樣極微量時，質譜幾乎是唯一能確定結構的方法。隨著儀器與技術的發展，不僅可以獲得大多數有機物的質譜，而且可獲得熱不穩定和不揮發化合物，如相對分子質量為10000或幾十萬的肽、DNA和蛋白質分子的質譜。
質譜儀與各種分離技術可構成聯用儀器，如氣相色譜—質譜聯用（GC-MS）、液相色譜—質譜聯用（LC-MS）等，從而質譜成為復雜多組分化合物結構、定性與定量分析極有效的手段。