Зачатки бальнеологии появились ещё в 5 в. до н. э., когда древнегреческий учёный Геродот предложил способ употребления и показания к назначению минеральных вод.

В сочинениях Гиппократа (5-4 вв. до н. э.) упоминается о лечебных свойствах речной, солёной и морской воды. Римскому врачу Архигену (1 в. н. э.) принадлежит первая классификация минеральных вод. В 15 в. итальянский монах Дж. Савонарола выпустил "Трактат о итальянских минеральных водах", содержащий указания о пользовании минеральными ваннами. В 16 в. были опубликованы лекции итальянского врача Г. Фаллопия - "Семь книг о тёплых водах", в которых, между прочим, автор пытается выяснить химический состав минеральных вод. Начало научной бальнеологии в 17-18 вв. положил немецкий учёный Ф. Гофман, установивший впервые химический состав минеральных вод и присутствие в них солей угольной кислоты, поваренной соли, сернокислой магнезии и др. Шведский химик И. Я. Берцелиус в 1822 произвёл точные химические анализы минеральных источников в Карлови-Вари (Карлсбаде) и выработал научные приёмы определения состава минеральных вод. В последующее время в связи с развитием естественных наук и медицины бальнеология начала быстро развиваться и превратилась в обширную область теоретической и практической медицины.

Первые сведения о развитии бальнеологии в России связаны с именами Г. Шобера, И. А. Гюльденштедта, П. С. Палласа и других. (18 в.). В 1825 была опубликована работа русского химика Г. И. Гесса, изучавшего химический состав и действие целебных вод в России. На развитие бальнеологии в России оказали влияние С. П. Боткин и особенно Г. А. Захарьин. Важную роль в изучении лечебных минеральных вод сыграло основание на Кавказе минеральных водах по инициативе доктора С. А. Смирнова в 1863 Русского бальнеологического общества. После Октябрьской революции в связи с размахом санаторного строительства и потребностями санаторно-курортного дела бальнеология получила значительное развитие. Были установлены единые принципы комплексной оценки минеральных вод по химическому составу и физическим свойствам. Применявшаяся за рубежом классификация лечебных минеральных вод, усовершенствованная В. А. Александровым (1932), в дальнейшем была переработана на основе достижений бальнеологии и гидрогеологии В. В. Ивановым и Г. А. Невраевым. Все наиболее известные минеральные воды приведены к единым типам; выделено 7 основных бальнеологических групп минеральных вод, которые разделены на подгруппы по газовому составу, классы - по анионному и катионному составу и по общей минерализации. Эта классификация была принята 4-м Координационным совещанием институтов бальнеоклиматологии в Крынице в 1965. Развитие физики, химии, биологии, биофизики, биохимии позволило глубже проникнуть в сущность механизма воздействия бальнеологических процедур на процессы, протекающие в организме, и функции отдельных органов и систем. Советские учёные получили новые данные о составе минеральных вод, о наличии в них органических веществ, многочисленной и разнообразной микрофлоры, физиологического и бальнеологического действия этих элементов в питьевых минеральных водах подвергнуты детальному изучению. При наружном применении минеральная вода действует непосредственно на кожу, изменяя её проницаемость. Экспериментальными исследованиями доказана проницаемость кожи для углекислого и других газов. При внутреннем употреблении минеральная вода воздействует своей температурой, минеральным и газовым составом на слизистую оболочку различных отделов желудочно-кишечного тракта, чем объясняется различный эффект применения минеральной воды. Всасываясь, минеральная вода претерпевает изменения и вызывает сдвиги в кислотно-щелочном равновесии, в коллоидных системах организма.

Большое значение имеет сочетание безусловных рефлексов на воздействие минеральной воды с условными рефлексами на окружающую среду.

Изучение вопросов бальнеологии сосредоточено в основном в научно-исследовательских институтах курортологии и физиотерапии: Азербайджанском (Баку), Армянском (Ереван), Грузинском (Тбилиси с филиалами в Цхалтубо и Сухуми), Киргизском (Фрунзе), Одесском, Пятигорском, Сочинском, Томском и Узбекском (Ташкент). Общее научное руководство разработкой проблем бальнеологии осуществляет Центральный институт курортологии и физиотерапии Министерства здравоохранения РФ. Вопросами бальнеологии занимаются также некоторые кафедры медицинских институтов (Воронежского, Карагандинского и др.), институтов усовершенствования врачей (Киев, Харьков и др.), курортные секторы институтов экспериментальной и клинической медицины в Эстонии и Литве.