Già nell'antichità greca Empedocle sosteneva che la luce viaggiasse con velocità limitata, mentre Lucrezio (I secolo a.C.), nel De Rerum Natura, attribuiva alla luce una velocità “inimmaginabile” e a lungo si credette che essa si propagasse istantaneamente, con velocità infinita e in assenza di un mezzo materiale propagatore. “(…) il raggio si slancia senza sosta sotto il pungolo – per così dire – del raggio che lo segue. (…) capace di percorrere in un istante distanze inesprimibili”. [F. Bevilacqua e M.G. Ianniello, L'ottica dalle origini all'inizio del ‘700, Loescher, Torino 1982].

Il primo che tentò di dare una valutazione della velocità della luce fu Galileo Galilei (1564-1642), il quale riteneva che tale velocità, per quanto grande, non fosse infinita, anche se la finitezza non era percepibile nella maggior parte dei fenomeni naturali. L'esperimento che ideò Galileo [Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze] fu quello di porre due persone l'una di fronte all'altra munite di due lumi. La prima persona scopre il proprio lume, la seconda esegue la medesima operazione non appena scorge il segnale. In tal modo la prima persona avrebbe dovuto avere la possibilità di misurare il tempo necessario alla luce per compiere il percorso di andata e ritorno. Ma tale velocità era veramente troppo grande per poter essere apprezzata su distanze terrestri, ragione per cui l'esperimento, pur se ripetuto ponendo le persone a distanza di due o tre miglia, non diede alcun risultato.

Fu grazie al contributo del danese Olaus Roemer (1644-1710) e dei suoi studi sulle irregolarità delle eclissi del satellite Io di Giove (già osservate da Cassini) che si ottenne la prima prova concreta sia della finitezza di questa velocità, sia del suo valore numerico. [G. Pelosi e S. Selleri, “Quaderni di Storia della Fisica”, 1, Giornale di Fisica, 1997].
Le osservazioni di Roemer e Cassini mostravano che quando la Terra risultava in allontanamento da Giove, le eclissi di Io diventavano via via più lunghe; quando invece la Terra risultava in avvicinamento a Giove le eclissi di Io diventavano via via più brevi. Questo fenomeno fu interpretato da Roemer come originato dal fatto che, nel primo caso, ogni sparizione di Io nell'ombra di Giove ha luogo quando la Terra è più distante da Giove di quanto non lo fosse alla sparizione precedente, e ciò significa che la luce per giungere sulla Terra deve percorrere una distanza maggiore: “questa differenza vale 22 minuti per due volte la distanza della Terra dal Sole".
La velocità della luce c, dal latino celeritas, era quindi data (con i valori del tempo per la distanza Terra-Sole d) da: c = d/t = 210 000 km/s , valore molto distante da quello che oggi si ritiene corretto, ma molto vicino come ordine di grandezza.

Osservazioni più accurate dei satelliti di Giove, fatte da J.B.J. Delambre (1749-1822) alla fine del Settecento portarono per t a un valore di 16 minuti e 26 secondi, mentre d si era stabilito che valesse 30,6 · 10¹⁰ m. Con questi dati si trova c = 310 000 km/s.

La successiva misurazione della velocità della luce è stata fatta, quasi per caso, mezzo secolo più tardi, dall'astronomo inglese James Bradley (1693-1762) che osservando la stella gamma del Dragone in differenti periodi dell'anno, notò strane e inspiegabili variazioni nella posizione dell'astro (aberrazione astronomica). Successivamente indirizzò la sua attenzione su altre stelle e sempre poté osservare variazioni di posizione della stessa stella in differenti periodi dell'anno.

La prima cosa che poteva venire in mente era che si trattasse di un fenomeno di parallasse stellare. Tale fenomeno si ha quando osservando le stelle da posizioni diametralmente opposte dell'orbita della Terra intorno al Sole, si vedono proiettate sulla volta celeste in posizioni leggermente diverse. L'angolo sotto cui si vede la stella, a sei mesi di distanza è l'angolo di parallasse. È evidente che questo varia al mutare della distanza della stella dalla Terra, ma Bradley notò che la modificazione delle posizioni apparenti riguarda tutte le stelle e l'ampiezza degli spostamenti di tutte le stelle è la stessa (fatto in contrasto con la spiegazione mediante la parallasse poiché, in questo caso, si dovrebbe concludere che tutte le stelle si trovano alla stessa distanza dalla Terra, cosa assurda). Gli spostamenti non erano quindi causati dalla parallasse, ma da qualcosa d'altro e Bradley riuscì a dare una spiegazione risalendo alla composizione della velocità della Terra nella sua orbita con quella della luce proveniente dalla stella osservata. Notiamo che alla base di questa spiegazione vi sono due ipotesi fondamentali: la Terra si muove intorno al Sole e la luce si muove con velocità c finita. Bradley, nota la velocità di rotazione della Terra attorno al sole (30 km/s), ottenne una stima della velocità della luce pari a 301 000 km/s.

I metodi di Roemer e di Bradley erano basati sull'osservazione astronomica e avevano lo svantaggio di dipendere dalla conoscenza esatta della distanza della Terra dal Sole. Questo dato non fu preciso nemmeno durante il secolo (se ai tempi di Bradley si fosse conosciuta, come oggi, l'esatta ampiezza dell'orbita terrestre, il suo errore sulla velocità della luce sarebbe stato contenuto entro l'1,6%), quindi bisognava trovare un sistema per misurare la velocità della luce con esperimenti che non si basassero su calcoli d'astronomia.

I primi a tentare la misurazione della velocità della luce con metodi non astronomici furono Fizeau e Foucault. Essi riuscirono ad applicare praticamente l'idea teorica di Galileo di misurare il tempo impiegato dalla luce a percorrere un certo cammino nei due sensi. Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) si servì nel 1849 di uno strumento basato sull'interruzione del cammino di un raggio di luce tra due specchi mediante una ruota dentata. Dalla velocità di rotazione della ruota si può calcolare la velocità della luce, e Fizeau ottenne c = 313.000 km/s. L'esperienza di Fizeau fu migliorata da Jean-Bernard-Léon Foucault (1819-1868), il quale utilizzò uno specchietto rotante, con cui l'estinzione del raggio di luce è sostituita da un suo spostamento angolare. Egli ottenne c = 298.000 km/s che è un valore molto vicino a quello che noi oggi comunemente accettiamo. Tra l'altro, l'apparato sperimentale di Foucault si presta bene a misurare c in mezzi diversi dall'aria disponendo nel percorso del raggio di luce un tubo pieno della sostanza nella quale si vuole misurare c (ad esempio acqua). La misura di c in diversi mezzi trasparenti permetteva di verificare i risultati previsti nelle ipotesi corpuscolare e ondulatoria sulla natura della luce, favorendo quest'ultima. [E. Persico, Ottica, Zanichelli, Bologna 1984].

Albert Michelson (1852-1931) ed Edward Morley (1838-1923) pensarono di effettuare una doppia misurazione della velocità della luce, con un apparecchio chiamato interferometro, nella direzione del moto terrestre e in direzione opposta, con lo scopo di confrontare i due risultati e di provare il moto della Terra attraverso l'etere. La conclusione che si poteva trarre dal risultato negativo dell'esperienza era che la velocità della luce non subisce alcuna influenza da parte del moto terrestre. Una spiegazione consiste nel supporre che la velocità della luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni, indipendentemente dallo stato di moto dell'osservatore. Questa fu proprio la posizione assunta da Albert Einstein (1879-1955) nel formulare il suo principio di relatività. Michelson ottenne comunque un netto miglioramento nella precisione della misura di c=(299 796 ± 4) km/s (1927). [M. Born, La sintesi einsteiniana, Bollati Boringhieri, Torino 1969] - [Le Scienze, 435, Novembre 2004].

Oggi la velocità della luce si misura in modo più preciso grazie ai laser e all'elettronica mediante il tempo di ritardo tra due impulsi laser, generati contemporaneamente, che percorrono cammini di diversa lunghezza. Nel 1983 si è deciso di adottare il valore di 299 792 458 ± 1 m/s.