در سال ۱۸۷۳ میلادی دانشمندی انگلیسی به نام ویلوبی اسمیتدر دریافت که عنصر سلینیوم در مقابل نور واکنش نشان می‌دهد و این عنصر از نظر توانایی هدایت الکتریکی رابطه‌ای مستقیم با مقدار نور دریافتی دارد.

در سال ۱۸۸۲ چارلز فریتس نخستین سلول فتوولتائیک با حالت جامد از جنس سلنیوم با روکش طلا را با موفقیت ساخت که بازده آن تنها یک درصد بود. در سال ۱۹۱۶ اثر فتوالکتریک به واسطه نتایج تجربی دانشمندی به نام میلیکان اثبات شد. اما تدوین قوانین و تئوری اثر فتووالکتریک سال‌ها به طول انجامید و در نهایت توضیح این تئوری توسط اینشتین در سال ۱۹۲۳ جایزه نوبل را برای او به همراه داشت.

در سال ۱۹۵۴ متخصصان آزمایشگاه‌های بل موفق به ساختن سلول‌های خورشیدی با راندمان ۶ در‌صد شدند. در سال ۱۹۵۸ راندمان سلول‌های خورشیدی به ۹ درصد رسید و نخستین کاربری رسمی این سلول‌ها در ماهواره Vanguard I گزارش شد. این ماهواره از یک ارائه کوچک (کمتر از یک وات) برای تغذیه رادیوهای خود استفاده کرد. در سال ۱۹۷۲ فرانسوی‌ها یک سیستم فتوولتائیک سولفید کادمیوم (CdS) را برای راه‌اندازی یک تلویزیون آموزشی در مدرسه روستایی در نیجر نصب کردند و یک سال بعد دانشگاه «دلاور» مسئول ساخت نخستین ساختمان خورشیدی شد.

این سیستم از منبع ترکیبی انرژی حرارتی خورشیدی و PV خورشیدی استفاده می‌کرد. ۱۵ دسامبر ۱۹۸۲ عملیات یک نیروگاه برق یک مگاواتی DC در کالیفرنیا آغاز شد. تجربه‌ای که از ساخت و بهره‌برداری اولیه از این نیروگاه فتوولتائیک تجاری به‌دست آمد، داده‌هایی را فراهم کرد که استقرار دیگر نیروگاه‌های فتوولتائیک در مقیاس مگاوات را سرعت بخشید. هرچند راه‌اندازی این نیروگاه نویدبخش تجاری‌سازی تولید پنل‌های خورشیدی بود اما سال‌ها طول کشید تا این پنل‌ها به صورت اقتصادی در بازار عرضه شوند. در سال ۱۹۹۹ ساخت‌وساز بلندترین آسمان‌خراش ساخته‌شده در شهر نیویورک به پایان رسید.

این ساختمان شامل پانل‌های فتوولتائیک داخلی (BIPV) در طبقه ۳۷ تا ۴۳ در نمای جنوبی و غربی است که بخشی از قدرت ساختمان‌ها را تولید می‌کند و سرانجام در سال ۲۰۰۰ برای نخستین‌بار خانواده‌ای در کلرادو، یک سیستم الکتریکی خورشیدی ۱۲ کیلوواتی در خانه خود نصب کردند. این سیستم بخشی از طرح «یک میلیون پشت بام خورشیدی» بود که توسط وزارت انرژی امریکا شروع شده بود. در سال ۲۰۰۴ پس از تصویب قانون اصلاح تعرفه‌های برق در آلمان، صدها نیروگاه خورشیدی با ظرفیت‌های بالا در آلمان و نقاط مختلف جهان ساخته شد.

با معرفی قانون تعرفه در سال ۲۰۰۸ اسپانیا با بیش از ۶۰ نیروگاه خورشیدی با ظرفیت بیش از یک مگاوات به بزرگ‌ترین بازار نیروگاه‌های خورشیدی تبدیل شد. کشورهای ایالات متحده امریکا، چین، هند، فرانسه، کانادا و ایتالیا در میان کشورهای دیگر از بزرگ‌ترین بازارهای این فناوری به شمار می‌آیند که درحال‌حاضر چین با ظرفیت تولید ۷۷.۴ گیگاوات رتبه نخست در تولید برق از انرژی خورشیدی را دارد.

استفاده از سامانه‌های فتوولتائیک در ایران نخستین‌بار در سال ۱۳۷۲ خورشیدی و با اجرای نیروگاه ۵ کیلووات جدا از شبکه در روستای دربید استان یزد آغاز شد. شاید بتوان تلاش‌های شرکت برق آفتابی هدایت نور یزد در تولید پنل‌های خورشیدی را جزو نخستین اقدامات اساسی در بومی و ملی کردن تجهیزات مرتبط با برق خورشیدی در ایران برشمرد.

در سال ۱۳۷۱ خط تولید پنل‌های خورشیدی با استفاده از فناوری کشور آلمان و با ظرفیت تولید سالانه ۳مگاوات در تهران راه‌اندازی شد. در آن سال‌ها، نرخ جهانی پنل‌های خورشیدی، حدود ۶ دلار به ازای هر وات بود.

نیروگاه پایلوت هیدروژن خورشیدی طالقان استان البرز، نیز در سال ۱۳۸۴ تاسیس شد. اواخر سال ۱۳۷۸ با افزایش نسبی تعداد پروژه‌های تجدیدپذیر، وزارت نیرو پیشنهاد دولتی شدن شرکت «سانا» را به هیات‌وزیران ارائه داد تا سازمانی در بدنه تشکیلات دولت به فعالیت‌های مرتبط با توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر بپردازد. هیات‌وزیران در اسفند ۱۳۸۸ با تشکیل شرکت دولتی سانا موافقت کرد.

در سال ۱۳۹۲ با تامین اعتبار از سوی توانیر و با همکاری سانا، اجرای نیروگاه‌های خورشیدی متصل به شبکه از طریق تامین بخشی از هزینه به صورت یارانه‌ای آغاز شد. علاوه‌بر این تعداد قابل‌توجهی از مدارس و مساجد در استان‌های مختلف با بهره‌مندی از یارانه کامل دولتی به نیروگاه خورشیدی مجهز شدند. در سال ۱۳۹۴ با تصویب طرح خرید تضمینی برق تجدیدپذیر توسط سانا، توسعه نیروگاه‌های فتوولتائیک وارد فاز جدیدی شد.

این طرح در دو سطح نیروگاه‌های انشعابی (کوچک) و نیروگاه‌های بزرگ در سطح کشور آغاز شد. در سال ۱۳۹۵ به منظور ارتقای بهره‌وری انرژی و استفاده هرچه بیشتر از منابع تجدیدپذیر و پاک، «سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا)» از ادغام ۲ سازمان انرژی‌های نو (سانا) و سازمان بهره‌وری انرژی ایران (سابا) تشکیل شد. شکل‌گیری این سازمان به سرعت توسعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر به‌ویژه نیروگاه‌های خورشیدی افزود. درحال‌حاضر بیش از ۴۳۰ مگاوات نیروگاه فتوولتائیک بزرگ و ۷۰ مگاوات نیروگاه انشعابی در سطح کشور در حال تولید برق پاک بوده و انتظار می‌رود با توجه به ظرفیت ایران، این روند رشد سریع‌تری به خود بگیرد.