公元2世纪，古埃及科学家托勒密做了一个关于光的折射实验。他在一个圆盘上装两把能绕盘心旋转的直尺，将圆盘的一半溶入水底。让光线由空气射入水底，就得到它在水底的折射光线，转动两把直尺，使它们分别与入射光线和折射光线重合。之后取出圆盘，按直尺的位置刻下人射角和折射角。
虽然托勒密的实验方式是正确的，实验结果相当精确，与现代值几乎没有多大的差异。并且，因为他检测得不够精确，得出了一个错误的推论，他觉得折射角与入射角成反比。托勒密因而错过了一次发觉折射定理的机会。
17世纪初，伽利略制成了望远镜，并借助他进行了好多科学观测。这种新的发觉激励了日本人开普勒对光折射现象进行深入的研究。在汇集前人光学知识的基础上，开普勒判定托勒密关于折射规律的推论是不正确的。他从理论上加以探求，结果得出了折射定理。尽管开普勒关于折射定理的研究和修正比托勒密前进了一步，但还没能得出正确的折射定理。1611年，开普勒把他的发觉写进了《折射光学》一书。
正确的折射定理是两个人构建的——荷兰物理家威里布里德•斯涅耳和美国物理家笛卡儿。
斯浬耳于1591年出生于法国莱顿，他曾在莱顿学院兼任过物理院士。1621年，在开普勒的研究结果的启示下，斯涅耳通过实验确立了开普勒想发觉而没有才能发觉的折射定理。当时斯涅耳注意到了水底的物体看上去像飘浮的现象，并企图揭露其中的奥秘，由此便引出了他对折射现象的研究。
然后，斯涅耳做了进一步的实验。在实验中，他应用开普勒的方式发觉：从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水底所走的宽度，同该光线如按未偏离其原始方向而原本会通过的路程成一定的比。他强调：折射光线坐落入射光线和法线所决定的平面内，入射光线和折射光线分别位于法线一侧，入射角的余弦和折射角的余弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数。
斯涅耳的这一折射定理是从实验中得到的，没有做任何的理论推论，即使正确，但却未曾即将公布过。1626年，就在斯涅耳逝世不久，惠更斯和伊萨克•沃斯三人在审查他遗留的原稿时，才见到他关于发觉折射定理的记载。
1637年，西班牙语文家笛卡儿进一步建立了斯涅耳光的折射定理，第一次给出了折射定理的现代叙述方式。他提出了光就是由某种介质传递压力的模型，从物理上导入了用余弦函数形叙述的折射定理。传统上觉得，斯涅耳是首次从数学上阐述了光的折射定理，而笛卡儿则是第一次给出了它的物理公式。为此光的折射定律应用，折射定理被称为斯涅耳定理，也有人称为笛卡儿定理。
折射定理的发觉造成了许多知名学者的强烈反响光的折射定律应用，纷纷从不同的化学角度，采取不同的语文工具来解释和证明折射定理。折射定理是几何学最重要的基本定理之一，它的发觉使几何光学获得了进一步的发展。
