Tādas ķīmiskās reakcijas kā degšana, rūgšana vai rūdas reducēšana par tīru metālu ir zināmas jau no cilvēces pirmsākumiem. Pirmās teorijas par vielu vai savienojumu pārveidošanos izteica grieķu filozofi, piemēram, Empedokls (Ἐμπεδοκλῆς), kurš minēja, ka jebkurš savienojums sastāv no četriem pamatelementiem: uguns, ūdens, gaisa un zemes. Viduslaikos ķīmiskās pārvērtības un ķīmiskās reakcijas pētīja alķīmiķi. Galvenais tā brīža mērķis alķīmiķiem, atskaitot svina pārvēršanu zeltā, bija mākslīga ķīmisko savienojumu iegūšana. Pirmais savienojums, kura iegūšana tika aprakstīta literatūrā, bija amonija hlorīds (NH₄Cl), ko aprakstīja arābu alķīmiķis Džabirs ibn Haijāns (أبو موسى جابر بن حيّان). Vēlāk literatūrā bija atrodami veidi, kā karsējot ir iespējams iegūt neorganiskas skābes, piemēram, sērskābi (H₂SO₄) un slāpekļskābi (HNO₃), no sulfātus un nitrātus saturošiem minerāliem.

Ķīmiskās reakcijas kā termina pirmsākumi meklējami apmēram 250 gadus tālā pagātnē. Termins veidojies agrīnajos eksperimentos, kas aprakstīja un klasificēja ķīmiskās vielas, nosaucot tās par elementiem un savienojumiem, kā arī teorijās, kas skaidroja novērotos procesus. Tieši ķīmiskās reakcijas jēdziena izveide ir ļāvusi definēt, kas ir ķīmija un kas tajā tiek pētīts. Šajā jēdziena izveides procesā ir jāizceļ divi notikumi. Viens no tiem ir franču ķīmiķa Antuāna Lavuazjē (Antoine Lavoisier) zinātniskā darbība. Grāmatā “Pamattraktāts par ķīmiju” (Traité élémentaire de chimie, 1789) A. Lavuazjē definēja, ka elements ir savienojums, ko ar ķīmiskās analīzes palīdzību nav iespējams sadalīt mazākās daļās, kā arī izcēla to, ka visas vielas sastāv no elementiem. Šajā grāmatā A. Lavuazjē aprakstīja to, ka rūgšanas procesā rodas ogļskābā gāze (CO₂) un “vīna spirts” (domāts etanols, C₂H₅OH), kā arī publicēja vienu no pirmajiem ķīmiskās reakcijas vienādojumiem (vīnogu misa = ogļskābā gāze + “vīna spirts”). A. Lavuazjē tālāk min, ka ķīmijas eksperimentos ir jāpieņem, ka pastāv pilnīgs līdzsvars vai vienādība starp elementiem, kas atrodas savienojumos ķīmiskās reakcijas sākumā un beigās. Šādas pieejas un ķīmisko reakciju vienādojumu izmantošana ļāva citiem zinātniekiem darboties eksperimentālajā ķīmijā un definēt to kā kvantitatīvu zinātni. Otrs ievērojamais notikums ir atomu teorijas izveide. Angļu ķīmiķis Džons Daltons (John Dalton) postulēja, ka vielas sastāv no sīkām, nesadalāmām daļiņām jeb atomiem un ka viena elementa atomi ir unikāli. Viņš arī minēja to, ka šo atomu pārgrupēšanās vai apvienošanās ir ķīmisko reakciju pamatā un ļauj iegūt jaunas ķīmiskas vielas. Šīs teorijas izveide ļāva izskaidrot agrāk veiktos eksperimentus un novērojumus.

Visas ķīmiskās reakcijas ir grūti klasificēt noteiktās grupās, jo ir daudz faktoru, kas nosaka to piederību kādai no grupām. Tomēr parasti tiek izdalīti četri pamatreakciju tipi:

aizvietošanas $$A + BC \to AC + B$$

un apmaiņas $$AB + CD \to AD +BC$$ reakcijas.

Savienošanās reakciju laikā divas vai vairākas ķīmiskās vielas apvienojas kopā, veidojot jaunu ķīmisko vielu. Vispārīgā formā viela A, reaģējot ar vielu B, veido produktu AB. Tipisks piemērs savienošanās reakcijai ir vara metāla pulvera reakcija ar hloru paaugstinātā temperatūrā, veidojot vara (II) hlorīdu (CuCl₂) kā šīs reakcijas produktu.

$$Cu + Cl2 \to CuCl2$$

Sadalīšanās reakcijas procesā viena ķīmiska viela kļūst par divām vai vairākām vielām. Vispārīgā formā ķīmiskā viela AB sadalās, veidojot vielu A un vielu B. Tipisks piemērs sadalīšanās reakcijai ir briežraga sāls jeb amonija karbonāta (NH₄)₂CO₃) sadalīšanās cepšanas procesā. Pievienojot mīklai amonija hidrogēnkarbonātu (briežraga sāli), tas temperatūrā virs 36 °C sadalās par amonjaku (NH₃) un ogļskābi (H₂CO₃), kas tūlīt sadalās par ūdeni un ogļskābo gāzi, tādejādi veidojot mīklu gaisīgāku.

$$(NH4)2CO3 \to 2NH3 + H2O +CO2\uparrow$$

Aizvietošanas reakcijas procesā vienkārša viela reaģē ar saliktu vielu un aizvieto kādu no saliktās vielas veidojošiem atomiem. Vispārīgā formā vienkārša viela A reaģē ar saliktu vielu BC un kā produktus veido vienkāršu vielu B un saliktu vielu AC. Tipisks piemērs ir vara (II) hlorīda šķīduma reakcija ar cinka stieplīti, kas tajā ielikta. Tā kā cinks ir aktīvāks metāls par varu, tad tas spēj aizvietot vara jonus vara (II) hlorīdā, veidojot cinka (II) hlorīdu un metālisku varu, kas izgulsnējas uz cinka stieplītes virsmas.

$$CuCl2 + Zn \to Cu\downarrow + ZnCl2$$

Apmaiņas reakcijas procesā divas saliktas vielas apmainās ar to sastāvdaļām. Vispārīgā formā salikta viela AB reaģē ar saliktu vielu CD un veido saliktu vielu AD un saliktu vielu BC. Tipisks piemērs apmaiņas reakcijai ir tā saucamā “Alķīmiķa zelta” iegūšanas reakcija. Reakcijā tiek salieti kopā divi šķīdumi, viens no tiem satur kālija jodīdu (KI), bet otrs – svina nitrātu (Pb(NO₃)₂). Reakcijas gaitā svina joni saistās ar jodīdjoniem un veido nešķīstošu svina (II) jodīdu (PbI₂), kas izkrīt kā spīdīgas, dzeltenas nogulsnes, bet šķīdumā paliek kālija nitrāts (KNO₃), kas veidojas, saistoties abiem atlikušajiem joniem.

$$Pb(NO3)2 +2KI \to PbI2\downarrow + 2KNO3$$

Vēl papildus šīm četrām pamatreakciju grupām mēdz arī izdalīt oksidēšanās-reducēšanās reakcijas. Oksidēšanās-reducēšanās reakciju pamatā ir reaģentu oksidēšanās pakāpes maiņa. Lai arī iepriekš minētā cinka reakcija ar vara (II) hlorīda šķīdumu, kuras rezultātā rodas varš un cinka (II) hlorīds, ir aizvietošanas reakcija, tomēr tā arī ir oksidēšanās-reducēšanās reakcija. Reakcijas laikā cinkam, kura oksidēšanās pakāpe ir 0, tiek atrauti divi elektroni. Tas iegūst oksidēšanās pakāpi +2, turpretim varš, kura oksidēšanās pakāpe vara (II) hlorīdā ir +2, saņem šos elektronus un iegūst oksidēšanās pakāpi 0. Tipiska oksidēšanās-reducēšanās reakcija ir kālija dihromāta (K₂Cr₂O₇) šķīduma reakcija ar dzelzs (II) sulfāta un sērskābes šķīdumiem. Reakcijas laikā hroma joni, kas dihromāta anjonā ir ar oksidēšanās pakāpi +6, saņem trīs elektronus un veido hroma jonus ar oksidēšanās pakāpi +3, tajā pašā laikā dzelzs joni, kuru oksidēšanās pakāpe ir +2, zaudē vienu elektronu un kļūst par dzelzs joniem ar oksidēšanās pakāpi +3.

$$6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 \to K2SO4 + 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 +7H2O$$

Atskaitot neorganisko savienojumu ķīmiskās reakcijas, jāpiemin arī organisko un metālorganisko savienojumu ķīmiskās reakcijas. Organiskajā ķīmijā (līdztekus oksidēšanās, reducēšanās un skābes-bāzes reakcijām) ir zināms ļoti liels skaits reakciju, kas nosauktas par godu to atklājējiem, piemēram, Heka reakcija, kas norāda uz amerikāņu ķīmiķi Ričardu Heku (Richard Heck). 

Ķīmisko reakciju norisi ļauj saprast novērojumi, kas notiek reakcijas gaitā. Parasti tiek izcelti pieci iespējamie novērojumi. Pirmais no tiem ir gāzes izdalīšanās. Labs piemērs šim novērojumam ir neitralizācijas reakcija (dzeramā soda ar etiķi). Reakcijas laikā dzeramā soda jeb nātrija hidrogēnkarbonāts (NaHCO₃) reaģē ar etiķskābi (CH₃COOH) un veido nātrija acetātu (CH₃COONa), kā arī ogļskābi (H₂CO₃), kas ir nestabila un tūlīt sadalās par ūdeni un ogļskābo gāzi (CO₂).

$$CH3COOH + NaHCO3 \to CH3COONa + H2O + CO2\uparrow$$

Otrais iespējamais novērojums ir nogulšņu veidošanās. Labs piemērs ir bārija hlorīda (BaCl₂) šķīduma reakcija ar kālija sulfāta (K₂SO₄) šķīdumu. Reakcijā rodas bārija sulfāts (BaSO₄), kas veido nogulsnes, jo tas ir nešķīstošs. Šķīdumā paliek kālija hlorīds (KCl).

$$K2SO4 + BaCl2 \to 2KCl + BaSO4\downarrow$$

Trešais novērojums ir temperatūras izmaiņas. Visas reakcijas var sadalīt divās grupās pēc to siltumefekta: eksoteriskās vai endotermiskās. Eksotermiskas reakcijas laikā tiek izdalīts siltums, bet endotermiskas reakcijas laikā siltums tiek uzņemts no apkārtējās vides. Siltuma izdalīšanos parasti apzīmē ar Q, un zīme “+” vai “-” pirms tā ļauj saprast, vai siltums tiek izdalīts vai uzņemts. Eksotermiskas reakcijas piemērs ir alumīnija reakcija ar dzelzs (III) oksīdu (Fe₂O₃). Reakcijas gaitā veidojas alumīnija oksīds (Al₂O₃), dzelzs un tiek izdalīts liels enerģijas daudzums, proti, tiek sasniegta augsta temperatūra (~2500 °C). Endotermiskas reakcijas piemērs ir cieta bārija hidroksīda (Ba(OH)₂) oktahidrāta reakcija ar cietu amonija hlorīdu (NH₄Cl). Saberot abus reaģentus kopā un intensīvi maisot, var sajust, ka trauks, kurā abi reaģenti tika apvienoti, atdziest. Reakcijas gaitā rodas bārija hlorīda dihidrāts, amonjaks, ūdens, kā arī tiek uzņemta enerģija no vides.

$$2 Al + Fe2O3 \to Al2O3 +2Fe + Q$$

$$Ba(OH)2\cdot 8H2O + 2NH4Cl \to BaCl2\cdot 2H2O + 2 NH3 + 8H2O - Q$$

Ceturtais ķīmiskās reakcijas norises novērojums ir krāsas maiņa. Kālija permanganāta (KMnO₄) šķīdumam, kas ir violetā krāsā, pievienojot sērskābes un ūdeņraža peroksīda (H₂O₂) šķīdumu, var novērot to, ka violetā krāsa pazūd, šķīdums kļūst bezkrāsains un izdalās gāze. Reakcijas gaitā kālija permanganāts reaģē ar sērskābi un ūdeņraža peroksīdu un veido mangāna (II) sulfātu, kālija sulfātu, ūdeni un skābekli.

$$2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 \to K2SO4 + 2 MnSO4 + 5O2\uparrow +8H2O$$

Piektais iespējamais novērojums ir fāzes maiņa. To var novērot, piemēram, kad svece deg gaisa atmosfērā, jo tās vasks no cietās fāzes kļūst par šķidru un sadegot veido ogļskābo gāzi un ūdens tvaiku.

Lielākā daļa ķīmisko reakciju, kas noris ar neorganiskiem savienojumiem, ir plaši analizētas un izprastas, tomēr organisko un metālorganisko savienojumu reakciju mehānismi vēl joprojām tiek plaši pētīti. Šo savienojumu reakciju mehānismus ir iespējams pētīt ļoti daudzos veidos, kas sevī ietver kodolu magnētiskās rezonanses spektroskopiju, ciklisko voltammetriju, rentgenstaru difrakcijas analīzi, kvantu ķīmiskos aprēķinus un citas metodes.

Bez ķīmisko reakciju eksistences nav iedomājama ķīmiskā inženierija, kas ļauj no derīgajiem izrakteņiem iegūt jaunus ķīmiskos savienojumus. Ķīmiskās reakcijas ļauj iegūt sintētiskus polimērus, ko plaši izmanto apģērba un elektronisko preču ražošanā, pārtikas iepakošanā, pārklājumu izstrādē un daudzviet citur. Visa dzīvība un tai nepieciešamie procesi metabolisma, gremošanas, enerģijas ieguves un citu funkciju pamatā dzīvajās būtnēs arī ir balstīta uz ķīmisko reakciju norisi. Hābera process (Haber process) ir ļāvis izmantot atmosfērā esošo slāpekli, lai radītu amonjaku. Amonjaka ražošana (un līdz ar to arī mēslojuma pieejamība) ir ļāvusi zemniekiem iegūt lielākas ražas un nodrošināt cilvēku skaita pieaugumu. Attīstība medicīnā un farmācijā ar ķīmisko reakciju palīdzību ir ļāvusi iegūt zāles, kas spēj ārstēt daudzas slimības, kas agrāk varēja būt nāvējošas.