Metalurgija i topljenje su možda neke od najvažnijih inovacija u ljudskoj povijesti jer su promijenile transport, ratovanje, trgovinu, poljoprivredu i još mnogo toga. Taljenje i obrada metala omogućili su valutni sustav i omogućili industrijsku revoluciju - od pare do električne energije.
Metalurgija kao što je danas poznata razvila se tijekom razdoblja od oko 6500 godina. Izum i daljnji razvoj metalurgije i taljenja su se oslanjali na civilizacije za oružje, alate, poljoprivredne instrumente, domaće predmete, ukrase itd. Prvi upotrijebljeni metali bili su zlato, srebro i bakar, jer se to dogodilo u njihovoj materinji ili metalik država. Najraniji oblici vjerojatno su bili zlatni nozi koji su se našli u pijesku korita rijeke. Prvi poznati bakreni artefakti pronađeni su u Iraku i datiraju do 8700. pne. Do kraja kamenog doba, ti su metali koristili dekorativno i praktično. Otkriveno je da se zlato može oblikovati u veće dijelove hladnim udarcem, ali bakar nije mogao. Počevši od oko 7000 pne, neolitski narodi su počeli čeki bakar u grube noževe i srpove; ti su alati trajali duže od kamenih alata i jednako su bili učinkoviti. Egipćani su iz oružja od meteora napravili oružje oko 3000. pne. Između kamenog doba i brončanog doba došlo je do prijelaznog razdoblja koji je dobio ime po kombinaciji materijala bakra i kamena - kalciticnog razdoblja.
Otkrića da se metali kao što je bakar mogu izvući iz svoje rude zagrijavanjem metala izvan točke taljenja i da bi takvi metali mogli biti oblikovani taljenjem i lijevanjem u kalupima, bilo je presudno da se dovede do metalnog doba. Prvi metal koji se smrzava bio je na drevnom Bliskom istoku i vjerojatno je bio bakar. Najraniji poznati artefakti koji su oblikovani taljenjem i plijesni su bakrene osi s Balkana iz 4. milenijuma pne. Peći s ventilima s prisilnim zrakom izumljeni su kako bi postigli visoke temperature potrebne za taljenje. Peći su potaknuli ugljenom do 18. stoljeća kada je u Engleskoj uveden koks - čvrsti ostatak koji nastaje od grijaćih bitumenskih ugljena.
Sljedeće kritično otkriće je da je kombinacija bakra i kositra postigla vrhunsku metalnu brončanu. Srbija je koristila bakar i kositar za izradu brončanih predmeta, označavajući početak brončanog doba. Različite vrste bronce izrađene su za različite svrhe, a tehnologija taljenja se širi - vjerojatno kroz trgovinu i migraciju - od Bliskog istoka do Egipta, Europe i Kine. Do 2500. pne, tehnika nazvana "lemljenje" - spajanje metala taljenjem i protjecanjem metala za punjenje u zglob - bila je u upotrebi, što se očituje zlatnim posudama za piće za kraljicu Puabi u sumerskom gradu Uru. Tu su i nekoliko primjera ove tehnike iz Troje i Egipta u ovom trenutku. Ova tehnika još je u upotrebi danas.
Iako na početku željeznog doba nije moguće točno odrediti, željezni artefakti iz 2500. pne su pronađeni u Hatićevim grobnicama. Znanstvenici vjeruju kako su Hittiti izumili proces izdvajanja željeza iz svoje rude i tvoreći obradiv metal, iako su mali komadi željeza napravljeni prirodno u peći za taljenje bakra. Do 1800. pne, Indija je počela raditi na željezo, a carski Rim smatrao je da je Indija izvrsna radnica od lijevanog željeza. Anatolija je proizvodila željezno oružje u velikoj mjeri, pa se to obično smatra pravim početkom željeznog doba. Do 1000. pne, uvodenje željeza uvedeno je u Europu, a njegova se uporaba polako proširila prema zapadu. Izgradnja željeza dostigla je Britaniju u vrijeme rimske invazije, oko 55. pne. Iako neke regije nisu ni primijenile tehnologiju, dokazi ukazuju na to da su druge regije koristile procese očvršćivanja kako bi poboljšale oštrinu mačeva itd. Do tog vremena istočna Afrika je počela raditi s čelikom.
U Galileji je pronađen kaljen martenzit, koji datira iz otprilike 1200. godine prije Krista. Temperiranje povećava čvrstoću legura poput čelika i lijevanog željeza. Velike količine čelika proizvedene su u Spartau 650. pne, a 600. pne, u Indiji je proizveden čelik od wootza. Sljedećih nekoliko stotina godina vidjelo se mnogo zbivanja u metalurškoj industriji; Song, Kina je stvorila metodu za korištenje manje ugljika u visokoj peći; Rimljani su poboljšali rudarsku organizaciju i upravu; Istočna Azija izumila je proces koji se kasnije naziva Bessemerovim postupkom. Od 1623. godine Pascalov zakon utjecao je na toplinsku obradu metala, a prva ljevaonica željeza postavljena je u Velikoj Britaniji 1700. godine. Električni lukni peć razvijen je 1907. godine. Napravljena su mnogo više zbivanja, uključujući objavu metalurškog znanja u knjizi De Re Metallica tijekom 16. stoljeća od strane Georg Agricole, koji se smatra "otacom mineralnosti". Danas se neke od tih tehnika još uvijek koriste, iako su mnogi događaji napravljeni za modernizaciju procesa.