計量起源于古代各國，沿用已久的各不相同的計量單位和有關的制度不可能自發地統一。即使是一國范圍內統一計量制度，也只有借助于政府的作用才可能實現。公元前221年，中國的秦始皇曾下詔全國統一度量衡就是一個明顯的例證。早期的計量相當于所指的法制計量，只是范圍較窄，主要限于與貿易和稅收有關的測量而已。計量管理工作的主要部分——法制計量，歷來是由政府所主導的一項社會事業。大致 18 世紀開始，由于國際貿易和科學技術的發展，歐洲國家之間出現統一計量制度的需求。1867年舉行的巴黎博覽會上專門成立了“度量衡和貨幣委員會”，以處理因計量單位不同而產生的問題。1875 年和 1955 年簽訂的《米制公約》和《國際法制計量組織公約》，都屬于政府間的多邊協議，相應成立的兩個國際組織也都是政府間的組織。
計量的發展具有悠久的歷史，大體上可以分為原始、經典和現代三個階段。
原始階段
以經驗和權力為主，大多利用人、動物或自然物作為計量基準。例如，中國古代的布手知足、掬手為升、十發為程、黃鐘律管等；相傳在大禹治水時，就用了“準繩”和“規”、“矩”等計量器具體；公元前 221 年，秦始皇統一中國后即頒布詔書，建立了全國統一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十進制，并實行定期檢定計量器具的法制管理(見中國古代度量衡史)。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距離為依據的，稱之為“腕尺”(約 46 厘米)。英國的碼是亨利一世將其手臂向前平伸，從其鼻尖到指尖的距離(1yd =0.9144m)；英尺是查理曼大帝的腳長(1ft =0. 3038m)；英寸是英王埃德加的 手指關節的長度(lin =25. 4mm)；而英畝則是兩牛同軛，一日翻耕土地的面積(1英畝=4.05X103平方米)。
經典階段
一個以宏觀現象與人工實物為科學基礎的階段。標志是 1875 年簽訂的《米制公約》。包括根據地球子午線 1 /4 長度的一千萬分之一建立了鉑銥合金制的米源器；根據1m3水在規定溫度下的質量建立了鉑銥合金制的千克源器；根據地球繞太陽公轉周期確定了時間(歷書時)單位秒等。它們形成一種基于所謂自然不變的米制，并成為國際單位制的基礎。但是這類宏觀實物基準隨著時間的推移或地點的變動，其量值不可避免的受物理或化學性能緩慢變化的影響而發生漂移，從而影響了復現、保存，并限制了準確度的提高。實際上英國物理學家、數學家J. C麥克斯韋在1870年曾指出，長度、質量和時間應當建立在原子波長、頻率和原子質量中，而不是在運動著的星體或物體上。
現代階段
以量子理論為基礎，由宏觀實物基準過渡到微觀量子基準。國際上已正式確立的量子基準有長度單位米基準、時間單位秒基準、電壓單位伏特基準和 電阻單位歐姆基準。從經典理論來看，物質世界在做連續、漸進的宏觀運動；而在微觀量子體系中，事物的發展是不連續的、跳躍的，也是量子化的。由于原子的能級非常穩定，躍遷時輻射信號的周期自然也非常穩定，因此，躍遷所對應的量值是固定不變的。這類微觀量子基準，包括 1960 年用氪 86 原子的特定能級躍遷所定義的米、1967 年用銫 133 原子特定能級躍遷所定義的秒等，提高了SI基本單位實現的準確性、穩定性和可靠性。但是他們仍與某種原子的特定量子躍遷過程有關，因而尚不具備普適性。顯然，最好的方案莫過于用基本物理常量 (普適常量)來定義計量單位。例如，1983年將米定義為光在真空中在1 /299792458秒的時間間隔內所行進的長度，即認為真空中光速作為一個定義值恒為299792458米/秒(約為 30 萬公里/秒)；而長度事實上變成了時間(頻率)的導出量。這種定義通過不變的光速給出了空間和時間的聯系，使得新定義的米只依賴于目前測量不確定度最小(10－15量級)的頻率，從而具有準確性、穩定性、可靠性和普適性。
