Oppineet ovat yrittäneet mitata lämpötilaa jo antiikin aikaan; esimerkiksi kreikkalais-egyptiläinen Heron Aleksandrialainen osoitti jo vuonna 50 jaa., että ilma laajeni ja supistui lämpötilan mukaan, ja kehitti siltä pohjalta lämpötilan osoittimen. Se koostui toisesta päästä suljetusta putkesta, jonka avoin pää oli vettä sisältävässä astiassa. Lämpötilan noustessa ja laskiessa vedenpinnan korkeus putkessa vaihteli.
1500-luvun tieteilijät käyttivät samankaltaista menetelmää kehittäessään niin sanotun termoskoopin, joka näytti lämpötilan muutoksen.
Lämpömittari on tanskalainen keksintö
Nykyaikaisen lämpömittarin keksi tanskalainen Ole Rømer (1644–1710), kun hän lisäsi vuonna 1701 termoskooppiin asteikon, jossa referenssipisteinä olivat veden jäätymis- ja kiehumispiste. Rømerin keksintö innoitti saksalaisen Gabriel Daniel Fahrenheitin kehittämään oman lämpömittarinsa vuonna 1714.
Tuntemamme celciuslämpömittarin keksi ranskalainen Jean-Pierre Christin vuonna 1743.
Vasta 1800-luvulla lämpötilan mittauksista tuli niin luotettavia, että ne olivat vertailukelpoisia, ja 1880-luvulla sääasemia alkoi olla eri puolilla maailmaa niin paljon, että tutkijat saivat käsityksen globaaleista lämpötiloista. Siksi myös nykyään maapallon lämpenemisen tutkimuksessa lähtökohtana on usein säädataa 1880-luvulta lähtien.