自1895年伦琴发现X线和1898年居里夫人发现放射线核素镭以来，放射线治疗肿瘤已走过了一百年的历史。我们的先辈们在不断地探索中认识了放射线，也认识了人类自身和肿瘤，有的甚至为此付出了生命的代价。发现镭的居里夫人，一开始并不了解镭放射活性的生物作用，曾将镭样品放在自己的上衣口袋里或手上，她因此患了白血病而献出了生命。我国许多40年代的放疗工作者，在当时很简陋的防护条件下工作，相继都身患血癌而英年早逝。以他们的生命为代价，使我们了解了放射线的生物效应，也掌握了安全而有效的使用放射线的方法。
早期X线装置所产生的低能X线的疗效是不满意的，它不但组织穿透浅而且皮肤损伤大，以至于在上世纪前五十年的放射治疗中，镭的应用占了主导。皮肤、口唇和其它表浅部位，直接应用镭的贴敷治疗取得了良好的效果。为了扩大镭治疗的范围，需要设计治疗体腔肿瘤的方法。宫颈癌是最先治疗的部位，这是因为宫颈部位对于镭管容易实施植入治疗，治疗效果令人鼓舞。随着放射源进行组织内和腔内治疗技术的发展，镭的使用具有了深远的历史意义，这种治疗方式同称为内照射技术或近距离治疗。后来由于其它放射性物质如铯和铱，具有容易屏蔽以及使用时不产生气态放射性产物如氡气的优点，以致渐渐代替了镭的应用。
外照射技术经历了更长时间的发展才趋成熟。所谓外照射就是放射源位于人体处一定的距离进行照射。早期治疗往往是给予一次或几次大剂量外照射的方法，这种方法常会导致超出正常组织耐受量的坏死。后来采用分次照射的方法，即将总量分配在几个星期里给予多次小剂量照射，在没有正常组织严重损伤下取得了肿瘤治愈。在上世纪20年代，一次治疗需要许多分钟，家属也可在治疗室内陪伴病人，医生在治疗中也经常进治疗室检查病人，但时间不长，首先在放疗医生身上发生了明显的伤害反应，因此保护性屏蔽和个人受量监测受到重视并被列为常规。
上世纪50年代中期，能达到更深皮肤下剂量的高能量设备不断涌现，首先是钴60治疗仪，它的能量可以达到1兆电子伏特（即百万电子伏特），随即是直线加速器，使得放疗治疗技术迅速的发展和更新。70年代CT的出现，为放射治疗提供了更详细精确的定位，建立在CT定位基础上的三维适形放疗计划，实现了对肿瘤高精度，高剂量、高疗效的照射，而肿瘤周围正常组织和器官受到了最佳的保护。由此三维适形放疗技术已逐渐成熟，而随之出现的调强放疗技术被认为是肿瘤放疗技术的重大突破。因此，21世纪放疗技术发展的主流将是高能X射线的精确放射治疗技术，特别是物理及生物优化的调强技术。为了减少或消除器官运动和摆位误差对放疗的影响，近几年研究人员研究的热点是在治疗过程中，采集更多的数据（尤其是影像数据）。由此，一种被称为图象引导放射治疗（IGRT）的技术问世，从而扫除了精确治疗的最后障碍。