1836年，英国科学家法拉第在研究稀薄气体的放电时，发现了一种绚丽的辉光。
后来，物理学家们重做试验也发现了辉光现象，因为它从阴极射出，就称其为“阴极射线”。
1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴对阴极射线产生了极大的兴趣，并开展了一系列的研究工作。
一天，伦琴继续在做他的实验。当他把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，认为玻璃管内的亮光会影响对荧光板的观察。他就找了一张包照相底片的黑纸，将玻璃管包住，使玻璃内的亮光透不出来。
伦琴操作时发现，当把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，荧光板上就发出微弱的亮光；当距离稍远时，荧光板上就不发光。
继而，伦琴换上没有铝窗的玻璃管。按平常的程序，他将玻璃管包好，打开开关，伸手拿起桌面上的荧光板。这时，他发现了一个大为惊讶的现象：荧光板的边缘上发现了局部手骨的影子。
伦琴额上冷汗顿出，一时弄不清自己是在做实验，还是出现了幻觉。
伦琴毕竟是科学家，绝不会放过这稍纵即逝的奇特发现。于是，他索性将手放在荧光板后面，结果，荧光板上出现了完整的手骨影子。
这是事实，但过去并没有见过这样的报道。
第二天，伦琴集中精力重新思考这一新的发现。通过缜密地分析后，伦琴认为：它肯定不是阴极射线，因为它能穿透玻璃、遮光的黑纸和人的手掌，其能量是很大的，而阴极射线不可能穿透玻璃，这或许是一种人们未知的射线。
于是，他为了弄清射线的性质，又做了一系列的试验：
用一块木片放在玻璃管和荧光板之间，荧光板发光。
用块铁板放在玻璃管和荧光板之间，荧光板上只剩下微弱的一点亮光；
用一块铅板放在玻璃管和荧火板之间，荧光板无光；
……
通过试验发现，这种未知的射线能使包在黑纸中的照相底片感光。
伦琴对这一神奇的现象了解得越来越多，但对它产生的原因、性质却知道的很少。这使他预感到这是一个神奇的未知领域，于是，他将这种射线命名为“X射线”。X在数学里时常代表未知数，X光也有未知之光的意思。
1985年12月28日，伦琴在符茨堡大学医学物理学会宣读了《论一种新的射线》的报告，并展示了他夫人的手骨照片。
1896年1月，伦琴关于X射线的第一部专著出版了。
1901年，伦琴荣获诺贝尔物理学奖。
1905年召开的第一次国际放射学会上，正式命名X光为伦琴射线。
伦琴射线是在真空中的波长为10-6～10-10厘米的电磁波。它是高速电子受到激发后产生的。
科学发现是伟大的，它为人类文明的进步开辟了道路；但科学家的伟大人格更是科学与社会取得突飞猛进的无比巨大的精神力量。正因为大家看到了X射线的潜在价值，当时，一些商人提出以巨款购买专利，被伦琴断然拒绝。他认为，X射线是天然存在的，只是偶然被自己发现了，怎么能作为私产出卖呢？不久，他就公布了自己的全部研究成果，并参与指导医生进行X射线的医用研究。
X射线的发现，为电子论的创立提供了有力的实验证据，这是科学上的一次大革命。这一发现不仅为现代实验物理学和理论物理学开辟了新的研究途径，而且为普通实用医学和特殊的外科手术提供了价值极高的可靠工具，比如电磁波的提出和X光透视机的使用等等，都要归功于X射线的发现。
时至今日，X射线作为一门学科，已经相当古老了，但它并没有退出科学研究的历史舞台。例如，在研究天体演化问题时，X射线分析方法仍旧是天体物理学家手中的一个相当有力的工具。
值得一提的是，美国特夫茨大学教授A。M·马克与英国电子工程师C·N·杭斯菲尔德合作，创造了一种崭新的医疗上的诊断技术——“X射线层析图像技术”，这就是我们今天所熟悉的“CT”。他们二人也因此而分享了1979年诺贝尔生理学和医学奖。
在科学史上，一个重要自然现象的发现，往往会在一个乃至几个科学技术领域中产生一系列连锁反应。因此，它所产生的社会效益将是不可估量的。伦琴的科学发现，为诺贝尔物理学奖金获得者树立了光辉的榜样，并对他们产生了非常深远的影响。
1901年，伦琴荣获首届诺贝尔物理奖。为了纪念这位伟大的科学家，1928年在瑞典斯德哥尔摩召开的国际辐射单位与测量委员会第二次会议上，把射线的计量单位命名为“伦琴”，简称为“伦”。
X射线的发现对科学研究和社会生活都产生了重大影响。由于当时没有人能够解释它的发射机制，因此使它蒙上了一层神秘的色彩。这种神秘的射线不能用肉眼直接观察到，所以一些好奇的理论和实验物理学家提出：这种射线在其他的一些发光场合下，如在磷光过程中是否存在，还是仅仅因为没有测量到而已？
寻找新的X射线的活动又导致了法国物理学家亨利·贝克勒尔对放射性的重要发现，这种性质完全不同于X射线，它是人类第一次接受到的来自原子核深处的信息。