分子篩的起源可追溯到1756年，首次在玄武巖的孔洞中發現了天然微孔硅鋁酸鹽，即天然沸石。1840年，發現天然沸石具有可逆地吸水——脫水的性能，并且在加熱過程中，它的透明度和結晶形狀不發生變化。于是，天然沸石的微孔性及其在吸附、離子交換等方面的性能引起了研究者的關注。1858年，根據泡沸石脫水晶體可以分離不同大小分子的性能，成功地實現了異構烷烴和正烷烴的分離。1925年，人們發現菱沸石能迅速吸附水、乙醇和甲酸蒸汽，而基本上不吸收丙酮、乙醚和苯，再次證實了沸石的分子篩作用。于是，沸石分子篩這一不僅代表其組成，而且代表著其作用的名稱便產生了。研究者最初主要把沸石分子篩用作流體干燥和凈化過程的吸附劑與干燥劑，后來也用于流體的分離。
20世紀50年代中期至80年代初期，是分子篩科研、應用及產業發展的全盛的時期。1960年，提出了分子篩規整結構的擇形催化概念，1962年，X型沸石分子篩首次用于催化裂化過程，此階段發現的低、中硅鋁比（SiO2/Al2O3≤10）A型、X型、Y型、絲光沸石等稱為第一代分子篩。
20世紀70年代，美國美孚石油分司開發的以ZSM-5為代表的高硅三維交叉直通道的新結構沸石分子篩稱為第二代分子篩。如ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12等，這些高硅分子篩水熱穩定性高，親油疏水，絕大多數孔徑在0.6nm左右，對甲醇及烴類轉化反應有良好的活性選擇，此類分子篩的開發，促進了分子篩及微孔化合物結構與性質的研究，也大大推動了分子篩應用方面的研究。
聯碳公司于80年代開發了非硅、鋁骨架的磷鋁系列分子篩，它代表第三代分子篩，磷鋁系列分子篩的發現說明：其化非硅、鋁元素只要條件合適，也可以形成類似于沸石分子篩的結構。至2003年為止，已發現有30種元素可以作為構成這種磷鋁系列分子篩的骨架組成元素。由于這種分子篩及其衍生物的分子篩骨架元素與孔道結構種類多樣，從而擴展了分子篩在吸附分離、催化和新材料等方面的應用。
1983年報道了一種具有超強氧化性的新型鈦硅分子篩——TS分子篩，在雙氧水存在的條件下，該分子篩主要應用于可催化烷烴的氧化、烯烴的環氧化、醇類的氧化、苯及苯酚的羥基化、環己酮的氨氧化等，目前已有部分反應實現了工業化。
隨著分子篩研究工作的日益發展，國際沸石協分應運而生，并于1967年在英國倫敦召開了第一屆國際沸石會議。IZA設立了Breck獎兩個獎項，獎勵在沸石研究領域做出貢獻的科學家。1988年，中國成立了分子篩研究、生產、應用協作委員會，簡稱中國分子篩協會，主要進行分子篩的研究、生產技術、應用技術等方面的交流討論。
