Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован в XIX веке, но повсеместное применение было затруднено отсутствием соответствующих технологий.

В 1934 году американец Норман Р. Френч получил патент на оптическую телефонную систему, речевые сигналы в которой передавались при помощи света по стержням чистого стекла.

В 1950-е годы Брайан О’Бриен и Нариндер Капани (который в 1956 году ввёл термин «волоконная оптика») разработали оптические волокна для передачи изображения. Они были применены в световодах, используемых в медицине (в эндоскопии).

В 1962 году был создан полупроводниковый лазер и фотодиод, используемые как источник и приёмник оптического сигнала.

В 1966 году Ч. К. Као и Дж. Хокхем сформулировали требования на систему передачи информации по оптоволокну и показали возможность создания оптоволокна с затуханием менее 20 дБ/км. Они установили, что высокий уровень затухания, присущий первым волокнам (около 1000 дБ/км), был связан с присутствующими в стекле примесями. За эту работу Као в 2009 году получил Нобелевскую премию по физике.

Но только к 1970 году сотрудникам компании Corning Роберту Мауреру и Дональду Кеку удалось получить оптоволокно с низким затуханием — до 16 дБ/км, через пару лет — до 4 дБ/км. Волокно являлось многомодовым и по нему передавалось несколько мод света. К 1983 году был освоен выпуск одномодовых волокон, по которым передавалась одна мода.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) впервые были применены в военных целях. В 1973 году ВМС США впервые внедрили волоконно-оптическую линию на борту корабля Little Rock.

В 1976 году ВВС США заменили кабельную оснастку самолёта А-7 на волоконно-оптическую, которая весила гораздо меньше.

В 1977 году была запущена двухкилометровая ВОЛС, связавшая наземную спутниковую станцию с центром управления. В 1980 году в США начала работать первая коммерческая ВОЛС между Бостоном и Ричмондом.

В СССР первые волоконно-оптические линии связи на нескольких объектах появились в конце 1980-х годов. Первой российской международной ВОЛС стала подводная магистраль Санкт-Петербург — Альбертслунн (Дания), проложенная к 1993 году АО «Совтелеком»(ныне ПАО «Ростелеком»).

В 2018 году исследователи из исследовательского института NICT Network System и компании Fujikura Ltd, специалисты которой разработали новый тип трёхмодового (трёхканального) оптического волокна, провели эксперимент, во время которого была достигнута скорость передачи информации в 159 терабит в секунду на расстояние 1045 километров. В обычных условиях задержки при использовании многомодового оптоволокна мешают одновременно получать высокие скорости передачи и осуществлять передачу на большие расстояния. И данное достижение является своего рода демонстрацией нового метода преодоления ограничений.