ในบางครั้งอาจกล่าวได้ว่าแพทย์ชาวกรีกนาม ฮิปโปเครติส (Hippocrates) เป็นบิดาของวิชาวิทยาการระบาด เขาเป็นคนแรกที่พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างการเกิดโรคและอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม เขาเป็นคนแรกที่คิดคำว่า โรคเฉพาะถิ่น (endemic) สำหรับโรคที่โดยทั่วไปแล้วพบได้ในบางที่แต่ไม่พบในถิ่นอื่นๆ และ โรคระบาด (epidemic) สำหรับโรคที่เกิดขึ้นอย่างมากในช่วงเวลาหนึ่งแต่ไม่พบในเวลาทั่วไป[2]

ทฤษฎีแรกๆ ทฤษฎีหนึ่งที่กล่าวถึงกำเนิดของโรค คือเชื่อว่าเกิดจากความผิดพลาดของความสุขหรือความสบายของมนุษย์ ข้อความข้างต้นนี้กล่าวโดยนักปรัชญา เช่น เพลโต[3] และรุสโซ[4] และโดยนักวิพากษ์วิจารณ์สังคมอย่าง โจนาธาน สวิฟท์ (Jonathan Swift) [5]

ในยุคกลางของโลกอิสลาม แพทย์ได้ค้นพบการแพร่กระจายของโรคติดต่อ แพทย์ชาวเปอร์เซียชื่อว่า อวิเซนนา (Avicenna) ผู้ซึ่งนับเป็น "บิดาของการแพทย์แผนใหม่"[6] กล่าวถึงในหนังสือ The Canon of Medicine (ราวทศวรรษที่ 1020) ว่าได้พบการติดต่อกันได้ของวัณโรคและโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ และการกระจายของโรคผ่านทางน้ำและดิน[7] อวิเซนนายังกล่าวด้วยว่าสารคัดหลั่งจากร่างกายนั้นปนเปื้อนด้วยเชื้อที่เขาเรียกว่า foul foreign earthly bodies ที่จะก่อให้เกิดการติดเชื้อ[8] เขาได้เสนอวิธีการกักกัน (quarantine) เพื่อจำกัดการแพร่โรคติดต่อ และเขายังใช้วิธีการวิเคราะห์ปัจจัยเสี่ยง และเสนอแนวคิดของกลุ่มอาการในการวินิจฉัยโรคเฉพาะ[9]

ในระหว่างกาฬโรคระบาดในยุโรป เมื่อกาฬโรคระบาดมาจนถึงอัล-อันดาลัส (Al Andalus) ในคริสต์ศตวรรษที่ 14 อิบน์ คะติมะ (Ibn Khatima) ได้ตั้งสมมติฐานว่าโรคติดต่อน่าจะเกิดจากสารเล็กๆ ซึ่งเข้าสู่ร่างกายมนุษย์และทำให้เกิดโรค แพทย์ชาวอันดาลัส-อาหรับอีกคนหนึ่งชื่อว่า อิบน์ อัล-คะติบ (ค.ศ. 1313-ค.ศ. 1374) ได้เขียนบทความชื่อว่า On the Plague ซึ่งมีเนื้อความอธิบายวิธีที่โรคติดต่อสามารถติดต่อระหว่างคนผ่านการสัมผัส และ "ผ่านทางเสื้อผ้า, ภาชนะ, และต่างหู"[10]

ในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 16 แพทย์ที่มีชื่อเสียงชาวฟลอเรนซ์ ประเทศอิตาลี ชื่อว่า จีโรลาโม ฟราคัสโตโร (Girolamo Fracastoro) เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีกล่าวว่าอนุภาคขนาดเล็กที่มองไม่เห็นซึ่งก่อให้เกิดโรคนั้นเป็นอนุภาคที่มีชีวิต อนุภาคเหล่านี้เชื่อว่าสามารถกระจายได้ในอากาศ แบ่งตัวเพิ่ม และถูกทำลายได้ด้วยไฟ ข้อความดังกล่าวเป็นการปฏิเสธทฤษฎีของกาเลนที่กล่าวว่าคนเราเจ็บป่วยเพราะมีแก๊สพิษอยู่ในร่างกาย ใน ค.ศ. 1543 เขาได้แต่งตำรา De contagione et contagiosis morbis ซึ่งเป็นครั้งแรกที่รณรงค์การรักษาสุขอนามัยส่วนบุคคลและสิ่งแวดล้อมเพื่อป้องกันโรค การพัฒนากล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงของ อันโทนี ฟาน ลิวเวนเฮิค (Antonie van Leeuwenhoek) ในปี ค.ศ. 1675 ช่วยสนับสนุนหลักฐานของอนุภาคเล็กๆ ที่มีชีวิตกับทฤษฎีเชื้อก่อโรค (germ theory of disease)

จอห์น กรอนท์ (John Graunt) คนขายเสื้อผ้าและนักวิทยาศาสตร์สมัครเล่นได้ตีพิมพ์บทความ Natural and Political Observations ... upon the Bills of Mortality (การสังเกตเชิงธรรมชาติและเชิงการเมือง ... ต่อร่างกฎหมายการเสียชีวิต) ในปี ค.ศ. 1662 ซึ่งเขาได้วิเคราะห์จำนวนการเสียชีวิตในลอนดอนก่อนการเกิดกาฬโรคระบาดในลอนดอน เพื่อแสดงเป็นตารางชีพ (life tables) ซึ่งนับเป็นตารางแรกๆ ของโลก และได้รายงานแนวโน้มเวลาของโรคหลายโรคทั้งเก่าและใหม่ เขายังได้แสดงหลักฐานทางสถิติสำหรับทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับโรค และปฏิเสธแนวความคิดต่างๆ เกี่ยวกับการกระจายของโรค

จอห์น สโนว์ (John Snow) แพทย์ชาวอังกฤษที่มีชื่อเสียงจากการควบคุมการระบาดของอหิวาตกโรคในเขตโซโฮของลอนดอนในปี ค.ศ. 1854 ได้ระบุสาเหตุของการเกิดการระบาดของโรคว่ามาจากเครื่องสูบน้ำสาธารณะบนถนนบรอด (Broad Street) และได้จัดการป้องกันการระบาดจนหมดไป เหตุการณ์ดังกล่าวถือกันว่าเป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติการสาธารณสุข และถือเป็นการถือกำเนิดของศาสตร์ของวิทยาการระบาด

ผู้บุกเบิกทางวิทยาการระบาดคนสำคัญคนหนึ่งคือ พี. เอ. ชไลส์เนอร์ (P. A. Schleisner) แพทย์ชาวเดนมาร์ก ซึ่งทำงานเกี่ยวกับการป้องกันการระบาดของบาดทะยักในเด็กแรกเกิด (tetanus neonatorum) บนเกาะเวสท์แมนนา (Vestmanna Islands) ประเทศไอซ์แลนด์ในปี ค.ศ. 1849 และยังมีแพทย์ชาวฮังการีชื่อว่า อิกนาซ เซมเมลไวส์ (Ignaz Semmelweis) ซึ่งลดจำนวนการตายของทารกในโรงพยาบาลเวียนนาในปี ค.ศ. 1847 โดยการเริ่มทำกระบวนการฆ่าเชื้อ การค้นพบของเขาได้ถูกตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1850 แต่งานของเขาก็ถูกละเลยในเวลาต่อมา เพราะไม่มีการใช้กระบวนการฆ่าเชื้ออย่างแพร่หลายจนกระทั่งศัลยแพทย์ชาวอังกฤษ โจเซฟ ลิสเตอร์ (Joseph Lister) ค้นพบสารระงับเชื้อในปี ค.ศ. 1865 ซึ่งต่อยอดมาจากการศึกษาของหลุยส์ ปาสเตอร์

ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ได้มีการนำกระบวนการทางคณิตศาสตร์เข้ามาใช้ในวิชาวิทยาการระบาดโดยโรนัลด์ รอสส์ (Ronald Ross), แอนเดอร์สัน เกรย์ แม็คเคนดริค (Anderson Gray McKendrick) และคนอื่นๆ

การค้นพบที่ยิ่งใหญ่อีกครั้งหนึ่งเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1954 เป็นการตีพิมพ์การศึกษาของแพทย์ชาวอังกฤษ โดยริชาร์ด ดอลล์ (Richard Doll) และออสติน แบรดฟอร์ด ฮิลล์ (Austin Bradford Hill) ซึ่งค้นพบความสัมพันธ์กันอย่างยิ่งของการสูบบุหรี่และการเกิดมะเร็งปอด