1907年，英国马可尼(Marconi)实验室的科学家Henry Round第一次推论半导体PN结在一定的条件下可以发出光。这个发现奠定了LED被发明的物理基础。

1927年，俄罗斯科学家奥列弗拉基洛谢夫（Oleg Vladimirovich Losev）独立制作了世界上第一颗LED，其研究成果曾先后在俄国、德国和英国的科学杂志上发表，可惜当时并没有人理睬他。

1955年，美国无线电公司（RadioCorporation of America）33岁的物理学家鲁宾·布朗石泰（Rubin Braunstein）首次发现了砷化镓(GaAs)及其他半导体合金的红外放射作用并在物理上实现了二极管的发光，可惜发出的光不是可见光而是红外线，但这个贡献也很大了。

1961年，德州仪器公司（TI）的科学家鲍勃·布莱德（Bob Biard）和加里·皮特曼（Gary Pittman）发现砷化镓在施加电子流时会释放红外光辐射。他们率先生产出了用于商业用途的红外LED并获得了砷化镓红外二极管的发明专利。不久，红外LED就被广泛应用于传感及光电设备当中。

1962年，美国通用电气公司（GE）一名34岁的普通研究人员尼克·何伦亚克（Nick Holonyak Jr.）发明了可以发出红色可见光的LED，被称为“发光二极管之父”，后来也获得了N多奖项。当时的LED还只能手工制造，而且每只的售价需要10美元。1963年，他离开通用电气公司，出任其母校美国伊利诺大学电机工程系教授，培养自己的接班人。

1972年，何伦亚克的学生乔治·克劳福德（M. George Craford）踏着前辈们的脚步发明了第一颗橙黄光LED，其亮度是先前红光LED的10倍，这标志着LED向着提高发光效率方向迈出的第一步。

20世纪70年代末期，LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色，但依然没有蓝色和白色光的LED。因为只有发明出蓝光LED才可能实现全彩色LED显示，市场价值巨大，也是当时世界性的攻关难题。科学家们转而将重点放在了提高LED的发光效率上面。

20世纪70年代中期，LED可产生绿、黄、橙色光时，发光效为1流明/瓦，到了20世纪80年代中期对砷化镓和磷化铝的使用使得第一代高亮度红、黄、绿色光LED诞生，发光效率已达到10流明/瓦。

1993年，中村修二在日本日亚化学工业株式 会社(Nichia Corporation)就职期间，利用半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）发明了蓝光LED，在蓝光LED出现之前，由于无法通过RGB系统合成白光，LED的光效、亮度也不高，LED无法应用于照明领域。因此在1995年中村修二采用铟氮化稼又发明了绿光LED，在1998年利用红、绿、蓝三种LED制成白光LED，从此绿光与白光LED研制成功，标志着LED正式进入照明领域，是LED照明发展最关键的里程碑。中村修二被称为“蓝光、绿光、白光LED之父”

1996年，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄光互补而形成白光。蓝色和白色光LED的出现拓宽了LED的应用领域，使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。

21世纪初，LED已经可以发出任何可见光谱颜色的光（还包括有红外线和紫外线）。其发光效率已经达到100流明/瓦以上。