自从1960年世界上第一台激光器诞生以来，科学家们一直在追求激光器性能的提升，尤其是功率、效率和波长调谐范围。然而，传统激光器难以实现这些目标，于是自由电子激光（FEL）的概念应运而生。早在20世纪50年代，人们就提出了自由电子受激辐射的想法。
1950年，有人展示了可见波长自发辐射和微波相干辐射的实验，而ubitron——自由电子微波激射器在1957年至1964年间诞生，能在5mm波长上产生150KW的峰值功率。随后，科学家们通过高能电子在磁场中的运动产生了毫米波，直到1974年才实现毫米波段的受激辐射。
1977年，美国斯坦福大学在红外波段实现了受激辐射，但设备复杂且昂贵。1978年，美国海军研究实验室在红外区也取得了突破。尽管20世纪70年代FEL研究并不活跃，但随着技术的发展，它开始通过受激康普顿散射和受激拉曼散射等途径得到发展。1983年，法国奥赛的电磁辐射应用实验室首次在可见光频段使用储存环中的电子束产生了激光效应，这标志着自由电子激光器的重大突破。
1984年，美国物理学家通过电子束放大技术，实现了高功率、高效率和宽调谐范围的激光，使其在国防领域具有潜在应用。随着1980年代美国战略防御倡议计划的推动，FEL成为了定向能武器的重要候选技术，推动了美国在该领域的研究快速发展。
自由电子激光器的潜在优势使其面临挑战，如体积大、成本高昂，限制了其广泛应用。为解决这些问题，研究热点转向了小型化、实用化和短波长（真空紫外、软X射线）方向。1993年，美国LosAlamos实验室成功研制出小型化的FEL，实现了高质低能电子束产生中红外激光，大大缩小了设备体积。同时，新技术如小周期波荡器和改进的高压电源等为小型化提供了支持，还有对微米级摆动器和电子束源的开发也起到了关键作用。
21世纪初，德国汉堡的研究表明，他们已能生产出高功率、可调谐的真空紫外激光器，甚至达到了吉瓦级的功率和极高的峰值亮度。而关于短波长的探索，如等离子体波Wiggler FEL和离子通道激光，以及X射线FEL技术，都在不断取得突破，如西伯利亚科学家制造出可调功率和频率的自由电子激光器，其光束强度和方向性都达到前所未有的水平。
激光是二十世纪最伟大的发明之一，自由电子激光是激光家族的一个新成员。由于它的工作介质是自由电子，因此称为自由电子激光，这种激光的特点是激光波长和脉冲结构可以根据需要进行设计，并且能够在大范围内连续调节，有着重要的应用前景。