İlk denizaltı, İngiltere Krallığı için çalışan Hollandalı mucit Cornelius Drebbel tarafından icat edilir. Ahşap bir kayıktan yapılan ve içerisine su girmesine engel olmak için yağlı deri ile kaplanan denizaltı, 1620 yılında Thames Nehri’ne, kürek çeken 12 mürettebatıyla, 4-5 metreye kadar dalış yapar. Mürettebatın oksijeni ise potasyum nitratın ısıtılması ile sağlanır.

Askerî amaçlarla kullanılan ilk denizaltı ise ABD’li David Bushnell tarafından Amerikan Bağımsızlık Savaşı’nda kullanılması için inşa edilen “Turtle” yani “Kaplumbağa” isimli denizaltı olur. 1776 yılında su altına dalan, meşe odunundan yapılmış, 2 metre yüksekliğindeki Turtle, Hindistan cevizine benzeyen şekliyle dikkat çeker. Bu tek kişilik denizaltı, el ile döndürülen pervaneler yardımıyla çalışır. Üst kapağındaki uzun vida mekanizmasıyla zamanlı bir bombayı düşman gemisine yerleştirebilecek donanıma sahiptir.

1800’lü yılların başında, buharlı gemi icadının öncülerinden biri olan ABD’li Robert Fulton, Fransız donanması için yüzeydeyken kanat ya da yelken ile, suyun altında ise elle çevrilen pervaneyle yüzebilen “Nautilus” adını verdiği bir denizaltı tasarlar. Bu denizaltı kullanışlı ve pratik bulunmadığı için hiçbir zaman suya dalış yapamaz ancak, Fransız yazar Jules Verne’nin 1870’te yayımlanan “Denizler Altında Yirmi Bin Fersah” kitabındaki denizaltına ismini verir. Jules Verne’nin bu romanı, denizaltılara olan ilgiyi artırır ve dönemin popüler kültüründe önemli bir yer edinir.

1800’lü yılların sonunda insan gücüyle çalışan ve su altına kısa süreli dalışlar yapabilen denizaltı tasarlayan İrlanda asıllı ABD’li mühendis John Philip Holland, 1881 yılında suyun üzerindeyken benzinli motorla, suya daldığında ise elektrikli motorla çalışan “Fenian Ram” ismini verdiği modern bir denizaltı icat eder. Fenian Ram dünyanın ilk pratik denizaltısı olur.

ABD Donanması’nın desteğiyle, John Philip Holland 15 metre uzunluğunda, üç adet torpido (gemileri batırmaya yarayan denizaltı silahları) taşıyan “USS Holland” adındaki denizaltıyı üretir. John Philip Holland, sonraki yıllarda birçok ülke için denizaltı inşa etmeye devam eder. Farklı dönemlerde birçok ülke filosunu modernize etmek için ileri teknolojilere yatırım yaparak denizaltı üretir. Özellikle Soğuk Savaş döneminde denizaltılar askerî stratejilerin merkezinde yer almış, bu nedenle ülkeler denizaltılarının teknolojisini sürekli olarak geliştirmek zorunda kalmıştır.

ABD’nin Deniz Kuvvetleri tarafından kullanılan dünyanın ilk nükleer denizaltısı olan “USS Nautilus” 1954’te ilk dalışını gerçekleştirir. Gelişmiş sonar sistemleri, nükleer güç üniteleri gibi teknolojiler, denizaltıların hem askerî hem de sivil kullanımında birçok yenilik getirir. Nükleer güç üniteleri denizaltıların daha uzun süre suyun altında kalabilmelerini sağlarken, stealth (düşük görünürlük) teknolojileri denizaltıların radar ve sonar sistemlerinden tespit edilmesini daha güç hale getirir. 1958 yılında USS Nautilus’un Kuzey Kutbu’nu geçişi denizaltı teknolojisindeki ilerlemeyi simgeleyen önemli olaylardan biridir.

Büyük derinliklere dalabilen denizaltılarından olan Bathyscaphe Trieste, 1960 yılında, dünya üzerinde bilinen en derin nokta olan Büyük Okyanus’taki Mariana Çukuru’na dalış gerçekleştirir ve 10.911 metre derinliğe ulaşır. Dalış yaklaşık 4 saat sürer ve Trieste, deniz tabanında 20 dakika boyunca kalır. O derinlikteki basınç, deniz seviyesindekinin yaklaşık 1.100 katıdır, bu da her metrekareye 1.1 tonluk bir kuvvet uygulanması anlamına gelir. Bu denizaltı şu an Amerikan Ulusal Denizaltı Müzesi’nde sergilenmektedir. Rusya’nın Typhoon sınıfı denizaltıları ise 175 metre uzunluğuyla dünyanın en büyük denizaltılarıdır.

Yıllar içerisinde ileri teknolojilere sahip araçlar hâline gelen denizaltıların turistik modellerinde pencere bulunurken, askerî görev ya da araştırma amacıyla tasarlananlarda su altındayken cisimlere çarpmamak ve yakınlardaki gemileri algılamak için “sonar” sistemi kullanılır, pencere bulunmaz. Sonar sistemi ses dalgası yayar ve geri yansıyan ses dalgalarının algılanmasını sağlar. Diğer sonar sistemlerinden saklanabilmek için son derece sessiz çalışan ekipmanlarla donatılırlar.