Metallurgi og smeltning er måske nogle af de vigtigste innovationer i menneskehedens historie, da de ændrede transport, krigsførelse, handel, landbrug og meget mere. Smeltning og bearbejdning af metaller gav et valutasystem og gjorde den industrielle revolution - fra damp til elektricitet - mulig.
Metallurgi som det er kendt i dag udviklet i en periode på ca. 6.500 år. Opfindelsen og efterfølgende udvikling af metallurgi og smeltning blev påberåbt af civilisationer til våben, værktøjer, landbrugsinstrumenter, husholdningsartikler, dekorationer mv. De første metaller, der blev brugt, var guld, sølv og kobber, da disse forekom i deres native eller metalliske stat. De aller tidligste former var sandsynligvis guldklumper, der blev fundet i flodbreddernes sand. De første kendte kobberartefakter blev fundet i Irak og dato til 8700 fvt. I slutningen af stenalderen blev disse metaller brugt dekorativt og praktisk. Det blev opdaget, at guld kunne formes til større stykker gennem kold hammering, men kobber kunne ikke. Begyndende omkring 7000 f.Kr. begyndte de neolithiske folk at hamre kobber i råknive og sekler; disse værktøjer varede længere end stenværktøjer og var lige så effektive. Ægypterne lavede våben ud af meteorisk jern fra ca. 3000 fvt. Mellem stenalderen og bronsalderen opstod der en overgangsperiode, der er opkaldt efter kombinationen af materialer kobber og sten - Chalcolithic Period.
Opdagelserne, at metaller som kobber kunne udvindes fra malmen ved at opvarme metallet ud over dets smeltepunkt, og at sådanne metaller kunne formes ved smeltning og støbning i forme, var kritisk for at føre til metalalderen. Det første metal, der smeltes, var i det gamle Mellemøsten og var sandsynligvis kobber. De tidligste kendte genstande, der blev formet gennem smeltning og forme, er kobberakser fra Balkan, der dateres til 4. årtusinde fvt. Ovne med trykluftudkast blev opfundet for at nå de høje temperaturer, der kræves til smeltning. Ovnen blev brændt af kul indtil det 18. århundrede, da koks - en fast rest dannet af opvarmning bituminøse kuler - blev introduceret i England.
Den næste kritiske opdagelse var, at kombinationen af kobber og tin lavede en overlegen metalbrons. Serbien brugte kobber og tin til fremstilling af bronzeobjekter, der markerer begyndelsen af bronzealderen. Forskellige typer af bronze blev fremstillet til forskellige formål, og smelteteknologien spredte - sandsynligvis gennem handel og migration - fra Mellemøsten til Egypten, til Europa og Kina. Ved 2500 fvt blev en teknik kaldet lodning - ved at smelte og flyde et fyldstof i leddet - brugt som det fremgår af gulddrykkerskibet til dronning Puabi i den sumeriske by Ur. Der er også flere eksempler på denne teknik fra Troy og Egypten omkring denne tid. Denne teknik er stadig i brug i dag.
Mens der ikke er nogen måde at fastslå begyndelsen af jernalderen, blev jernfelter, der dateres til 2500 fvt, fundet i hattiske grave. Forskere mener, at hetterne opfandt processen med at udvinde jern fra malmen og danne et brugbart metal, selv om små stykker jern blev fremstillet naturligt i kobbermeltningsovne. Ved 1800 f.Kr. var Indien begyndt at arbejde jern, og tilsyneladende kejserrig rom betragte Indien som fremragende støbejernsarbejdere. Anatolien lavede jernvåben i stor skala, og dette betragtes således typisk som den sande begyndelse af jernalderen. Ved 1000 fvm blev jernarbejde introduceret til Europa, og brugen af den spredte sig vestpå lidt langsomt. Ironmaking havde nået Storbritannien på tidspunktet for den romerske invasion, omkring 55 fvt. Selv om nogle regioner ikke selv havde implementeret teknologien, viser beviset, at andre regioner bruger hårdningsfremgangsmåder til at forbedre skarpheden af sværd mv. På dette tidspunkt var Østafrika begyndt at arbejde med stål.
Hærdet martensit blev fundet i Galilæa, der dateres til ca. 1200 fvt. Temperende forøger hærden af legeringer som stål og støbejern. Store mængder stål blev produceret i Sparta med 650 fvt, og med 600 fvt blev wootz stål produceret i Indien. De næste hundrede år så mange udviklinger inden for metallurgiindustrien; Song, Kina skabte en metode til at bruge mindre trækul i en højovn; romerne forbedrede minedrift organisation og administration; Østasien opfandt processen, der senere blev kaldt Bessemer-processen. Fra 1623 e.K. påvirket Pascals lov varmebehandlingen af metal, og de første jernstøberier blev oprettet i Det Forenede Kongerige i 1700 e.Kr. Den elektriske lysbueovn blev udviklet i 1907 e.Kr. Der blev lavet mange flere udviklinger, herunder offentliggørelse af metallurgisk viden i bogen De Re Metallica i det 16. århundrede af Georg Agricola, der betragtes som "far til mineralogi". I dag bruges nogle af disse teknikker stadig, selv om der er blevet gjort mange udviklinger for at modernisere processen.