伴随着科学技术的发展，特别是物理学科的发展，人类观察测量能力得到快速进步。越精细的观察，越能发现事物的自然现象，就越能更好地掌握事物的本质并有效地进行控制与利用，而计量单位成为这一发展的必要条件。在此促进下，计量单位制度得到发展。计量科学发展史包含着许多方面，此一文仅就单位和单位制的沿革展开阐述。
基本单位
长度单位。早在古代，人们常以身体的一部分作为测量长度的单位。我国三国时期《孔子家语》一书中就曾记载："布指知寸，布手知尺，舒肘知寻。"可见，古时量物，寸与肘、尺与手、指寻与身是一一对应的关系。而西方古代则是以"腕尺"作为长度单位使用，与从手的中指指尖到肘部之间的长度有密切关系。
很久以来世界各国各自通行着自己的长度单位，种类繁多且杂乱无章。极不统一的单位制度给商品流通带来了很大的麻烦。所以，随着科技和经济的发展，长度单位逐渐统一，这个进程从几百年前就已开始。
1790年，法国国民议会要求法国科学研究所研究如何建立长度和质量等基础物理量的基准，这为统一计量单位打好了基础。次年，采用通过巴黎的地球子午线的四分之一的千万分之一为长度单位，并用希腊文中"metron"作为长度单位名称，中文译为"米"。此后欧洲大陆相继采纳使用。
但由于测量技术的不断进步，后来科学家发现原来的基准长度有所偏差，多次修正变动。直到科学家用激光测量出真空中的光的速度后，1983年第十七届国际计量大会才通过了米的新定义："米是光在真空中1/299 792 458秒的时间间隔内所经路程的长度"。
质量单位。和长度单位一样，古代有很多种质量单位形式。我国秦代使用度量衡，一斤=16两；埃及使用格德特，约合9.33克；英制中以磅、盎司等作为单位。
最早的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位米推导出来的。1立方分米纯水在最大密度（温度为4℃）时的质量，就定为1千克。后来发现这个用来做基准的铂质千克原器并不准确等于1立方分米，而是等于1.000 028立方分米。于是在1873年才重新选择另外一个作为国际千克容器，并被国际计量局特殊的保存起来，往后周期性地进行检定，以确保质量基准的稳定可靠。
时间单位。在古时候，人类对自然界现象的观察很广泛，其中天空的现象最有规律，所以人们自然把时间的量度和地球自转周期作为基准，也就是太阳日，1秒=1/86 400平太阳日。
由于地球自转不均匀，1900年国际计量大会把秒定义为在1900年地球沿轨道绕太阳运行一周所需的时间是1/315 569 25.9747。后来直到1967年，国际计量大会再次对秒的定义做出修改，把秒定义为：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。
温标。现在通行的国际单位制当温度以开尔文（K）表示，这个温度单位也是基本单位。1960年，国际温标把水的三相点作为唯一定义点，规定其绝对温度为273.16，以代替原来水冰点温度为0.00℃之规定。
开尔文
在热力学发展史中还出现过其他温度单位，其中我们最为熟悉的是摄氏温标，1742年，瑞典的摄尔萨斯提出水的沸腾为零度，水的冰点为100度的方案。次年，法国的克里斯丁把两个标度倒过来便成为现在通用的温标。
关于单位，除上述外还有诸如安倍（电流强度）、坎德拉（发光强度）等单位，本文就不再详尽列举。
单位制
物理量之间通过各种物理定理建立了彼此的联系。人们把基本物理量的单位作为基本单位，由此可推出其他的单位，形成配套单位体系，这就是单位制。
历史上很长一段时间单位不统一，所以不同国家甚至不同领域也通行着不一样的单位制。法国曾用米-吨-秒制，英美曾用英尺-镑-秒制，技术领域采用米-千克-秒制，物理学界则用米-克-秒（CGS）单位制。这很多程度制约了国际之间的技术交流，因此在1875年签置米制公约时，就规定了众所周知的米-千克-秒（MKS）单位制。
第二次世界大战后，国际合作成为大趋势，这迫切要求改进计量单位和单位制的统一。1954年，国际计量大会决定将米、千克、秒、开尔文、安倍和坎德拉等作为六大基本单位，并于1960年，将上述六个基本单位为基础的单位制命名为国际单位制。
随后1971年，国际计量大会又增补摩尔（物质的量）作为基本量和单位，形成了七大基本单位。
