ประวัติสร้างภาพสมองบทแรกสุดเริ่มที่นักประสาทวิทยาชาวอิตาลี ศ. แอนเจโล มอสโซ ผู้ประดิษฐ์ "ความสมดุลของการไหลเวียนในมนุษย์" (human circulation balance) ซึ่งสามารถวัดการปรับกระจายของเลือดเมื่อเกิดอารมณ์หรือเมื่อกำลังคิด[2]แม้ว่า นักจิตวิทยาทรงอิทธิพลชาวอเมริกัน นพ. วิลเลียม เจมส์ จะกล่าวถึงสิ่งประดิษฐ์นี้อย่างสั้น ๆ ในปี พ.ศ. 2433 รายละเอียดเกี่ยวกับความสมดุลที่ว่าและการทดลองที่ ศ. มอสโซได้ทำ เป็นเรื่องไม่ปรากฏจนกระทั่งได้ค้นพบเครื่องมือดั้งเดิมและรายงานของ ศ. มอสโซเองในปี พ.ศ. 2556[3]

ในปี 2461 ประสาทศัลยแพทย์ชาวอเมริกันวอลเตอร์ แดนดี้ ประดิษฐ์เทคนิคการถ่ายภาพรังสีโพรงสมอง (ventriculography)การสร้างภาพระบบโพรงสมองด้วยเอกซ์เรย์ทำได้โดยฉีดอากาศกรองโดยตรงเข้าไปในโพรงสมองข้าง (lateral ventricle) โพรงหนึ่งหรือทั้งสองโพรงนพ. แดนดี้ได้สังเกตว่า อากาศที่ใส่เข้าในช่องใต้เยื่อหุ้มสมองชั้นกลาง (subarachnoid) ผ่านการเจาะไขสันหลังที่เอวสามารถเข้าไปในโพรงสมอง และสามารถแสดงช่องน้ำในท่อสมองไขสันหลัง (cerebrospinal fluid compartment) ที่อยู่ใกล้ ๆ ฐานและผิวสมองเทคนิคนี้ต่อมาเรียกว่า การถ่ายภาพรังสีโพรงสมองหลังฉีดอากาศ (pneumoencephalography)ต่อมาในปี 2470 ศาสตราจารย์ประสาทวิทยาชาวโปรตุเกสได้ประดิษฐ์การบันทึกภาพรังสีหลอดเลือดหรือหลอดน้ำเหลืองในสมอง (cerebral angiography) ที่หลอดเลือดทั้งปกติและไม่ปกติในสมองและรอบ ๆ สมองสามารถมองเห็นได้อย่างแม่นยำ

ต่อมาในต้นคริสต์ทศวรรษ 1970 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเชื้อสายแอฟริกาใต้และวิศวกรไฟฟ้าชาวอังกฤษได้ประดิษฐ์การถ่ายภาพรังสีส่วนตัดอาศัยคอมพิวเตอร์ (CT scan หรือ CAT) จึงสามารถสร้างภาพกายวิภาคของสมองเพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์และเพื่องานวิจัยนักประดิษฐ์คู่นี่ต่อมาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2522 เพราะงานนี้หลังจากการเริ่มใช้ CAT ไม่นานในต้นคริสต์ทศวรรษ 1980 การพัฒนาลิแกนด์กัมมันตรังสี (radioligand) ทำให้สามารถสร้างภาพสมองโดยเทคนิค single photon emission computed tomography (SPECT) และการถ่ายภาพรังสีระนาบด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) และในช่วงเวลาเดียวกัน นักเคมีชาวอเมริกันและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษก็ได้พัฒนาการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) แล้วจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2546

ในต้นคริสต์ทศวรรษ 1980 MRI ก็เริ่มใช้เพื่อการรักษา และในช่วงทศวรรษนี้ การเพิ่มเทคนิคสร้างภาพอย่างละเอียดและการวินิจฉัยทางการแพทย์จำนวนมากที่ใช้ MRI ก็ได้ประทุขึ้นเมื่อนักวิทยาศาสตร์รู้ว่า การเปลี่ยนการไหลเวียนของเลือดในระดับสูงที่วัดโดยใช้ PET สามารถสร้างภาพได้โดยใช้ MRI เทคนิคการสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (fMRI) ก็เกิดขึ้นและตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1990 fMRI ได้กลายมาเป็นเครื่องมือหลักในการสร้างแผนที่ในสมอง เพราะไม่ต้องอาศัยการเจาะการผ่า ไม่ใช้การแผ่รังสี และมีใช้ค่อนข้างแพร่หลาย

ในต้นคริสต์ทศวรรษ 2000 เทคโนโลยีได้ถึงระดับที่สามารถประยุกต์ใช้การสร้างภาพสมองโดยกิจ (functional brain imaging) ในชีวิตประจำวันในระดับจำกัดโดยการประยุกต์ใช้หลักก็คือส่วนต่อประสานระหว่างสมอง-คอมพิวเตอร์ (brain-computer interface) ในรูปแบบหยาบ ๆ