早期工业自动化主要采用诸如继电器、鼓式开关、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件。由于继电器结构简单易懂，使用方便，价格低廉，在一定的范围内能满足控制要求，因此在早期工业控制领域中占据了主导地位。但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求不断提高，很多场合需要成千甚至上万个继电器、计数器、定时器才能组合出功能复杂的系统。
20世纪60年代末期，美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新。而传统的继电器控制系统，不仅体积庞大、故障率高、柔性差、不灵活、耗能大，而且调试困难，可靠性也差，设计制造周期长、程序修改费时。不仅如此，生产线维护需要耗费大量的人力、财力，要求现场工人对生产线的工艺流程和相关元器件的操作熟练度高。因此，1968年美国通用汽车公司提出开发新一代控制器的设想，从用户的角度考虑，提出了以下10项要求：
1）编程简单，可在现场修改程序———解决继电器控制装置修改困难问题。
2）维护方便，最好是插件式———降低现场维护成本。
3）可靠性高于继电器控制柜———解决众多继电器联锁后的可靠性问题。
4）体积小于继电器控制柜———在降低能耗的同时提高现场空间利用率。
5）可将数据直接送入管理计算机———可通过计算机监视整个系统的运行状态。
6）在成本上可与继电器控制竞争———强调性价比，方便大规模应用。(www.xing528.com)
7）输入可以是交流115V（美国电网电压为110V）———可以直接接入到普通电网中。
8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀———取代继电器，直接控制下游设备。
9）在扩展时，原系统只需做很小变更———具有一定扩展能力，方便设备升级。
10）用户程序至少能扩展到4KB以上———便于编写较为复杂的用户程序。
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据以上要求研制成功了第一台PDP-14控制器，并在汽车自动装配线上成功使用。由于当时该控制器仅实现顺序控制和一定的逻辑运算功能，故命名为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。早期PLC只具有简单的逻辑开／关（ON／OFF）功能，但与传统继电器相比，已具有容易修改、安装简单、可自诊断与节省空间等优点。
20世纪70年代初期，PLC引入微处理器技术，使其具有算术运算功能与数字信号输入／输出功能，并且能直接以梯形图符号编写程序。这项新技术在工业界产生了巨大的反响，工程技术人员无需掌握一种专门的编程语言，只需认识基本电气电路图就可以编写PLC程序。日本在1971年从美国引进了PLC技术，研制成功了DCS-8 PLC；德、法两国在1973年至1974年间也相继掌握了PLC技术。我国于1977年研制成功第一台PLC。
1987年2月国际电工委员会（IEC）对PLC做出了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。”，标志着PLC在工业控制中已经占有了一定份额。
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