A napelem-technológiák ősét az 1860-as években kezdték el fejleszteni, mivel már akkor tartottak tőle, hogy a szénkészletek kimerülnek. A XX. század elején azonban a kőolaj-kitermelés elterjedésével a fejlesztések lelassultak. 1974-ben az USA területén például még csak hat olyan háztartásról tudtak a szakemberek, amelyek teljes mértékben, funkcionális napelemektől kapták az energiát.
Az 1973-as olaj-embargó és az 1979-es energiaválság aztán új lökést adott a megújuló energia kutatásának és a figyelmet ismét a napelemek fejlesztésére irányította. Számos ösztönző program indult el, például az amerikai Federal Photovoltaic Utilization Program, vagy a japán Sunshine Program. Emellett számos kutatóintézet alakult, az amerikai SERI (a mai NREL elődje), a japán NEDO, illetve a német Fraunhofer-ISE. 1970 és 1983 között a fotovoltaikus technológiát alkalmazó napelemek terjedése elkezdett meredeken felfelé ívelni, azonban a nyolcvanas évek elején a mérséklődő olajárak ismét lelassították a széleskörű alkalmazást. Ez a stagnálás 1984-től 1996-ig tartott.
A kilencvenes évek közepén ismét felerősödtek az olaj-, és földgáz-készletek szűkössége miatti aggodalmaskodó hangok, emellett a globális felmelegedéstől való félelmek is segítették a környezetbarát energia terjedésének újbóli felgyorsítását. A 2000-es évek elején az Egyesült Államokban bevezették a betáplálási rendszert, vagyis azt a megoldást, hogy a megújuló energiából származó energia prioritást élvez az országot ellátó hálózatokban, így hatalmas befektetések kezdődtek, idővel Európában is.
Európa egy darabig vezető szerepet is játszott a napenergia terjesztésében, azonban Kína és Japán rövidesen felülmúlta az öreg kontinenst, ami a befektetéseket és a technológia alkalmazását illeti.
2000 óta a fotovoltaikus energia felhasználása nem kevesebb mint 40 százalékkal növekedett világszerte, 2013 végén a Föld teljes kapacitása elérte a 139 gigawattot. Ebből a legnagyobb teljesítmény Németországban található, míg a felhasznált energia arányát tekintve Olaszország vezet, a teljes kapacitás 7 százalékával.
Szintén a XXI. század első évtizedében kapott erőre a koncentrált napenergiát használó megoldások elterjedése. Ezek a hatalmas napelem-farmok, amelyek jellemzően egy központi toronyra szerelt hatalmas tükör segítségével óriási területet lefedő napkollektorokhoz juttatják a napsugarakat. A koncentrált napenergiát alkalmazó létesítmények kapacitása 2004 és 2013 között csaknem tízszeresére nőtt, 2013 végén a Föld teljes kapacitása 3425 megawattra rúgott.
A Nemzetközi Energiaügynökség 2010-es előrejelzése szerint a Föld teljes fotovoltaikus kapacitása 2050-re elérheti a 3000 gigawattot, ami a bolygó teljes áramtermelésének 11 százaléka. 2014-ben az előrejelzést módosították, eszerint a 11 százalék csak a naperőművekből származna, emellett a Föld teljes energiatermelésének 16 százaléka származhat az egyéni napelemekből. Egy tavalyi becslés szerint pedig az idei év végére csak az USA területén több mint egymillió háztartás működik majd napenergiával.
