二十世紀六十年代，交互式圖形處理技術的出現和計算機圖形學的發展，為CAD技術的誕生與發展奠定了基礎。七十年代，開始出現工程繪圖系統，CADAM系統成為鼻祖。二十世紀70年代，小型計算機費用下降，美國工業界才開始廣泛使用交互式繪圖系統。
二十世紀80年代，由於PC機的應用，CAD（計算機輔助設計）得以迅速發展，出現了專門從事CAD系統開發的公司。當時VersaCAD是專業的CAD製作公司，所開發的CAD軟件功能強大，但由於其價格昂貴，故得不到普遍應用。在1982年，AutoCAD系統的推出，無疑是以工程繪圖為主要功能的二維CAD技術發展的里程碑，它成為第一個能夠在PC上運行的CAD軟件。當時的Autodesk（美國電腦軟件公司）公司是一個僅有員工數人的小公司，其開發的CAD系統雖然功能有限，但因其可免費拷貝，故在社會得以廣泛應用。同時，由於該系統的開放性，該CAD軟件升級迅速。擁有Autolisp以及後來的High C等開發工具，使AutoCAD成為很多企事業單位進行功能擴展和開發專用CAD的重要工具。當時，還有CADKEY、Microstation、Sigraph Design(發源於西門子)等二維CAD系統。
CAD的實現技術從那個時候起經過了許多演變。這個領域剛開始的時候主要被用於產生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計算機技術的發展使得計算機在設計活動中得到更有技巧的應用。如今，CAD已經不僅僅用於繪圖和顯示，它開始進入設計者的專業知識中更“智能”的部分CAD最早的應用是在汽車製造、航空航天以及電子工業的大公司中。隨著計算機變得更便宜，應用範圍也逐漸變廣。
中國的CAD軟件也在那時開始應勢而起，九十年代，在當時國家的“甩圖板”工程的推動下，機械CAD的發展如雨後春筍一般，湧現出很多品牌：產生了凱思(中科院軟件所)、開目(華中理工大學)、CAXA(早期叫北航海爾、華正，發源於北航)、凱圖CAD(華中理工大學)、中國CAD(深圳喬納森)、高華CAD(清華大學)等自主平臺的二維CAD系統，以及基於AUTOCAD二次開發的InteCAD(天喻CAD的前身，華中理工大學)、艾克斯特(清華大學)、天河CAD(清華大學)、浪潮CAD(華天軟件的前身，山東大學)、大天CAD(浙江大學)、中望CAD、天舟CAD、大恆CAD等系統，開創了一段國產二維機械CAD發展的黃金時代。
1997年，國家科技部舉行了第一屆，也是唯一一屆CAD博覽會。然而，當時企業還缺乏正版化的概念，自主版權的國產CAD基本上是與看似不要錢的盜版AUTOCAD軟件競爭，制約了這些國產CAD軟件的發展。而開放性，以及與AUTOCAD的兼容性，也是一個難題。當時Autodesk公司1998年併購了一個德國基於AUTOCAD二次開發的機械CAD軟件Genius，對國內基於AUTOCAD平臺二次開發的機械CAD軟件帶來很大挑戰。
三維CAD技術的發展，源於布爾運算和計算機輔助幾何造型等技術，實現了從線框造型、曲面造型、實體造型到特徵造型的發展：先後產生出UniGraphics(發源於麥道公司)、CATIA(1977年，源於達索航空)、Compter Vision(1997年被PTC併購)、APPLICON(1969年成立)、Euclid(1970年，法國MATRA公司，該產品1998年被達索併購)、I-DEAS(SDRC公司,1969年成立，2003年與UGS合併)、Integraph等三維CAD系統。早期的三維CAD系統只能在專用的圖形工作站運行，軟硬件都非常昂貴。那時候，主流的工作站包括SGI、SUN、HP等。
1985年，Samuel Geisberg博士創建了PTC公司，推出了參數化設計技術，在造型技術和效率上實現了巨大突破。
九十年代之後，SolidWorks成為Windows時代的新一代三維CAD系統，實現了三維CAD技術的普及，1997年被達索系統併購。同時代的軟件還有Solid Edge(源自Integraph，後來被UGS併購)、Inventor(Autodesk公司，該公司早期曾開發過MDT軟件)。其它產品還有Think3(意大利公司)、VX(產品後來被中望併購)、IronCAD、Cimatron(以色列公司，後來聚焦工模具CAD/CAM)等。
目前，主流的三維造型核心系統有Parasolid和ACIS兩種。還有基於直接建模的三維CAD軟件Spaceclaim(被ANSYS併購)、Cocreate(被PTC併購)等。2007年，曾經屬於EDS公司，後來又獨立運作的UGS，最終被西門子併購。現在，西門子擁有高端CAD軟件NX和中端CAD軟件Solid Edge。近年來西門子提出的同步建模技術，融合了特徵造型和直接建模軟件的特點，具有顯著的創新。
2013年，原SolidWorks創始人創建了Onshape公司，於2016年初正式發佈完全基於SAAS的互聯網時代的三維CAD系統。Autodesk公司也推出了基於雲的三維CAD系統Autodesk Fusion 360軟件。早期的三維CAD數據交換是通過IGES或STEP文件。輕量化三維模型近年來得到了普及應用，3D PDF和JT是比較主流的文件格式。而三維打印應用的文件格式則是STL。
從國內來看，北京航空航天大學在90年代曾組織開發過金銀花三維CAD系統，新洲協同(後併入瑞風協同)自主開發了Solid3000三維CAD系統。2000年之後，CAXA推出了三維實體工程師(與IRON CAD共同推出);華天軟件引進日本技術，推出Sinovation三維CAD系統，並在模具設計方面進行了深度開發；中望則通過併購VX CAD/CAM，推出了自主的三維CAD/CAM系統。
二維CAD與三維CAD的融合，是智能製造領域的最基礎的技術融合。現在的主流三維CAD系統中，都具備草圖設計和工程繪圖功能，實現了二維的表示、三維的內核。而機械CAD應用的主流趨勢是逐漸通過全三維設計實現MBD(基於模型的產品定義。
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