L'esigenza di misurare il trascorrere del tempo era sentita fin dall'antichità. Il più semplice strumento realizzabile è stato la meridiana, costituita al minimo da un palo infisso nel terreno, il cui uso è documentato in Cina a partire dal III millennio AC

Lo svantaggio principale della meridiana è quello di non funzionare di notte o nelle giornate nuvolose. Per questo motivo furono sviluppati orologi alternativi, basati sul progredire regolare di eventi. La clessidra per esempio è un semplice dispositivo basato sulla regolare fuoriuscita di acqua da un contenitore forato.
L'uso di clessidre da parte degli Egizi è documentato nel XV secolo a.C..

In Grecia le clessidre furono usate per scandire la durata di gare, giochi, turni di guardia e anche per controllare la durata delle deposizioni in tribunale. Nel III secolo AC in Grecia le clessidre si svilupparono nei più precisi orologi ad acqua, nei quali l'acqua fluiva tra due contenitori collegati. Furono anche creati orologi ad acqua dotati di un sistema meccanico di indicazione dell'ora

Altri tipi di orologi, usati soprattutto nel Medioevo, erano quelli a candela, basati sul progressivo consumo di una candela accesa o sulla diminuzione del livello di combustibile in una lampada ad olio.

Nel secolo IX furono creati i primi semplici e poco precisi orologi meccanici. In un documento francese del 1176 è citato per la prima volta il termine horologe, composto dalle parole greche hora, ora e legein, dal significato di dire.
Nel secolo XIII erano in uso presso monasteri del nord Italia orologi meccanici in grado di svegliare i monaci ed annunciare i diversi momenti della preghiera. Erano anche chiamati svegliatori. E nel 1300 a Parigi il primo orologio appeso a un campanile, seguirono subito Milano nel 1309 e Firenze nel 1325.

I più antichi orologi da tavolo ancora esistenti risalgono alla metà del secolo XVI, provenienti dalle città di Norimberga e Augusta. I quadranti di questi orologi hanno una sola lancetta: l'intervallo tra la tacche di due ore è diviso in quattro parti, in modo che si possa stimare l'ora con una approssimazione di un quarto d'ora.

Una grande innovazione e miglioramento in precisione si è avuto con l'invenzione dell'orologio a pendolo, da parte di Christiaan Huygens nel 1657. Egli calcolò che un pendolo della lunghezza di 99,38 cm doveva oscillare con un periodo di un secondo esatto e progettò il primo meccanismo funzionante.
Nel 1670 l'orologiaio inglese William Clement inventò il meccanismo di scappamento ad àncora, migliore dello scappamento a corona di Huygens. Lo scappamento è il meccanismo che trasforma il moto alternato del pendolo in moto rotatorio di un ingranaggio. Entro una generazione furono aggiunte anche le lancette dei minuti e dei secondi.

Nel 1675 Huygens elaborò il sistema a bilancere. Un volano può ruotare intorno al suo asse, ma è vincolato da una molla di torsione. Dapprima il bilanciere ruota in un senso fino ad essere fermato dalla tensione della molla, che successivamente spinge il volano a ruotare in senso opposto fino a caricare la molla nell'altro senso. Il fenomeno si ripete con regolarità.
Il principale vantaggio di questo sistema è di potere funzionare in qualunque posizione e anche in movimento.
I primi orologi di questo tipo da taschino furono prodotti a partire dal secolo XV. Lo stesso meccanismo è usato nei moderni orologi da polso meccanici, inventati agli inizi del secolo XIX.

Una nuova importante svolta dopo l'introduzione del pendolo si ebbe nel 1928, con l'invenzione dell'orologio al quarzo, che basa il calcolo del tempo sulle regolari vibrazioni meccaniche prodotte da un cristallo di quarzo. L'incremento di precisione fu notevole, ma i primi apparecchi erano ingombranti ed utilizzabili sono in laboratorio. Fu a partire dai primi anni '60 che l'evoluzione dell'elettronica permise di costruire i primi orologi da polso al quarzo. Nello stesso periodo esistevano anche orologi da polso a bilanciere con alimentazione elettrica e (controllati a transistor) e gli orologi Bulova a diapason, basati sulle oscillazioni di un elemento risonante in acciaio.

Nel 1971 venne messo in commercio il primo orologio da polso con display a sette segmenti a LED, il Pulsar della Hamilton Watch Company. Dopo secoli di quadranti a lancette iniziò una nuova era, culminata poco dopo con l'invenzione dei display LCD. Attulamente esiste una rinascita dell'orologio classico, con particolare attenzione agli automatici di pregio, dal 2004-2005, che stanno facendo risorgere l'orologieria svizzera.