膜結構是一種古老的結構型式，其造型在自然界中十分常見，如水泡、蝙蝠翼、蜘蛛網等。在日常生活中也有許多應用膜結構的實例，如氣球、游泳救生圈、傘、帆、風箏、帳篷等。用獸皮做筏在古羅馬時代就已經有了，用藤條或樹枝來編織遮蓬則可追溯到更古老的時代。
作為建筑物屋蓋結構，帳篷是最為古老的空間張力的薄膜結構。最早的帳篷是用獸皮連成或羊毛織成，后來則是用棉或其他天然纖維制成的。由于帳篷重量輕，便于攜帶，材質柔軟，易于折疊和搭設，因此至今仍為廣大游牧民所喜愛。這種空間張力薄膜結構與我們傳統的建筑結構體系是完全不同的。
第二次工業革命，化學工業和工程力學的迅速發展才使得高分子合成材料技術得到大力改進，現代膜結構開始蓬勃發展。1917年美國蘭徹斯特建議利用新發明的電力鼓風機將膜布吹脹，作野戰醫院，但沒有真正成為使用的產品。1946年，一位名為貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑15m圓形充氣的雷達罩，由此而衍生出了新的膜結構工業產業。
然而，直到1970年，日本大阪舉行了萬國博覽會，膜結構才正式踏入人們的視線。當時的美國館和富士館均采用了膜結構建筑材料。在建筑行業引起了不小的轟動。在隨后的幾十年，建筑膜結構得到了迅猛的發展。膜結構大部分由鋼材和索構成，另外與結構相結合的膜材也逐漸走向功能化、智能化。膜材具有造型輕巧自由、美觀；透光、節能、環保，優良的阻燃性能；防污自潔性能；安全、壽命長等優點。基于這些優點，建筑膜材脫穎而出，膜結構被稱為“21世紀的建筑”，應用于大型體育場館、入口廊道、購物場、娛樂場、停車場、展覽會場、植物觀光園等建筑。
膜結構在我國的應用始于1996年前后。在此之前，只有極少量采用織物材料的由熟練工人或裁剪師傅制作和安裝的小品膜結構建筑。膜結構這一采用特殊織物材料的建筑類型才引起公眾和建筑結構專業人士的關注。2000年后，膜結構在我國各類體育、展覽、文化等建筑中開始得到非常迅速的發展和應用，這一發展勢頭一直持續至今。目前，幾乎所有的建筑師和工程師對膜材料的類型、性能和膜結構的特點都有了較深入的了解。過去二十年中，發展出了數百家膜結構專業制作和安裝企業；近十年來，膜結構材料生產企業也異軍突起、成長迅速；地方和團體膜結構技術標準也已陸續頒布實施；國內自主研發的膜結構設計專業軟件也日漸成熟，獲得了廣泛應用。