Die früheste Fräsmaschine war eine Horizontalfräsmaschine, die 1818 vom Amerikaner E. Whitney erfunden wurde. Um die Spiralnuten von Spiralbohrern zu fräsen, entwickelte der Amerikaner JR Brown 1862 die erste Universalfräsmaschine, einen Prototyp der Portalfräsmaschine. Um 1884 kamen Portalfräsmaschinen auf den Markt. In den 1920er Jahren kamen halbautomatische Fräsmaschinen auf, deren Arbeitstisch über Anschläge automatisch zwischen „Vorschub-schnell“ und „Schnell-vorschub umschaltete.
Nach 1950 entwickelten sich die Steuerungssysteme der Fräsmaschinen rasant weiter. Durch den Einsatz digitaler Steuerung wurde der Automatisierungsgrad von Fräsmaschinen erheblich verbessert. Insbesondere nach den 1970er Jahren wurden mikroprozessorbasierte digitale Steuerungssysteme und automatische Werkzeugwechsler in Fräsmaschinen eingesetzt, wodurch der Bearbeitungsbereich erweitert und die Bearbeitungsgenauigkeit und -effizienz verbessert wurde.
Mit der kontinuierlichen Intensivierung der Mechanisierung wurde die CNC-Programmierung zunehmend in Werkzeugmaschinen eingesetzt, was zu einer erheblichen Entlastung der Arbeitskräfte führte. CNC-programmierte Fräsmaschinen werden nach und nach die manuelle Bedienung ersetzen. Die Anforderungen an die Mitarbeiter werden immer höher, aber auch die daraus resultierende Effizienz wird steigen.