崙琴（Roentgen）于1895年11月8日發現X射線，立即受到全世界之重視。兩個月後于1896年1月，芝加哥醫學生Emil Grubbe使用X射線治療一乳癌病人，成為醫學史上第一位放射腫瘤醫生。不久後，居里夫婦於1898年發現放射線同位素鐳，並於1901年將其製成針狀物置入人體內進行治療。這兩種照射方式即成為放射治療之兩大主流「體外照射」（external beam）和「近接治療」（brachy therapy）。

　　X射線由於能量較低，不能有效治療深部之病灶，因此百萬伏特高能量之機器相應而生：包括1930年代的Van de Graaff、1940年代的betatron、1950年代的鈷60、及1960年代的直線加速器，其中尤以直線加速器經過不斷改良，成為放射治療之主要機器。除了機器性能外，病人病灶及正常器官之辨識度也是放射治療之重要環結。1970年代電腦斷層（CT）之發明提供了更清楚的影像，使病灶能更清楚呈現出來。在此同時，「高劑量率遠端後荷機」（HDR remote afterloader）也問世，使「近接治療」能更有效執行並減少工作人員幅射曝露。此外，1990年代安裝了第一台「多葉準直儀」（multileaf collimator），除了使「體外照射」更有效執行外，更造就了後來發展的「強度調控治療」（IMRT），使劑量分布更理想。
進入二十一世紀後，為了減少在治療時病人擺位誤差而產生了「影像導引治療」（IGRT）技術。同時新的治療機器也更趨成熟開始廣泛進入臨床使用，包括「伽瑪刀」（gamma knife）、「電腦刀」（cyberknife）、「螺旋刀」（tomotherapy）、「銳速刀」（RapidArc）、及「亞瑟刀」（Axesse VMAT）等。另外，「質子治療」（proton therapy）亦漸趨普及，全世界現已超過30家質子治療設施進行臨床使用。「質子治療」之最大優勢為其具有「布拉格峰」（Bragg peak）特性，使幅射劑量可集中在腫瘤病灶區而避開正常器官。

　　未來放射治療技術之發展包括「分子影像」（molecular imaging），以期可以更早期並準確地發現腫瘤之位置、大小、及範圍。此外，由呼吸所造成之器官移動是長期困擾放射治療之問題，亦待有效實際解決之方法。