Terminu ‘kvantu ķīmija’ pirmo reizi izmantoja austriešu fiziķis Arturs Hāss (Arthur Erich Haas) grāmatā “Kvantu ķīmijas pamatlikumi” (Die Grundlagen der Quantenchemie, 1929), tomēr par kvantu ķīmijas dzimšanas gadu uzskata 1927. gadu, kad vācu fiziķi Valters Heitlers (Walter Heinrich Heitler) un Frics Londons (Fritz Wolfgang London), izmantojot neatkarīgo elektronu pāru tuvinājumu, pirmie aprakstīja ūdeņraža molekulas saites izveidošanos. Tajā pašā gadā vācu fiziķis Makss Borns (Max Born) un amerikāņu fiziķis Džūliuss Openheimers (Julius Robert Oppenheimer) piedāvāja adiabātisko tuvinājumu jeb Borna-Openheimera tuvinājumu, kas ļauj atsevišķi aprakstīt elektronu un kodolu kustību. 1928. gadā angļu fiziķis Pols Dīraks (Paul Adrien Maurice Dirac) radīja relatīvistisko kvantu fiziku, kas veido relatīvistiskās kvantu ķīmijas pamatu. 1930. gadā padomju fiziķis Vladimirs Foks (Владuмир Алексaндрович Фок) izveidoja metodi daudzdaļiņu sistēmas Šrēdingera vienādojuma atrisināšanai (Hartri-Foka metodi), kas pamatā lielākai daļai mūsdienu kvantu ķīmijas metožu. 1930. gadā vācu fiziķis Erihs Hikels (Erich Hückel) izveidoja tuvinātu molekulāro orbitāļu metodi (Hikeļa metodi), ko izmanto divkāršās saites aprakstam ogļūdeņražos. Šis apraksts ir viens no pirmajiem kvantu ķīmijas pielietojumiem organiskajā ķīmijā un tiek plaši izmantots arī mūsdienās. 20. gs. 30. gados amerikāņu ķīmiķis Lainuss Polings (Linus Carl Pauling) attīstīja valences teoriju, kas deva kvantu fizikas skaidrojumu ķīmiskās saites izveidei. Jauns kvantu ķīmijas virziens dzima 1964. gadā, kad tika pierādītas Hoenberga-Kona teorēmas, kas kalpoja par pamatu blīvuma funkcionāļa teorijai. 1998. gadā Nobela prēmija piešķirta Valteram Konam (Walter Kohn) un Džonam Pouplam (Sir John Anthony Pople) par kvantu ķīmisko aprēķinu programmas Gaussian70 izveidošanu (1970). 1981. gadā amerikāņu fiziķis un ķīmiķis Eriks Hellers (Eric Johnson Heller) piedāvāja viļņu pakešu metodi, kas, risinot no laika atkarīgo Šrēdingera vienādojumu, ļāva aprakstīt femtoķīmijas eksperimentus un molekulu disociāciju jeb molekulu sadalīšanos mazākos fragmentos.