钠离子电池的研究始于 20 世纪 60 年代，其发展历程如下：
1967 年，美国福特公司使用- 氧化铝作为固体电解质，分别以单质（硫）和金属（钠）作为正负极材料，首次构建出高温钠硫电池，但该电池工作温度过高（300℃），难以实现商业化。
1976 年，美国奥斯汀得克萨斯大学的教授约翰・班尼斯特・古迪纳夫（John B. Goodenough）等人提出了新的电解质，即 NASICON 型固体电解质，其具有更快的传导率。
1978 年，南非 Zebra Power Systems 公司的 J. Coetzer 发明出钠 – 氯化镍（又称 Zebra）电池，该电池的正极使用固态，负极为液态，电解质是固态陶瓷。
2003 年，日本的 NGK 公司购买钠硫电池的专利，并将其商业化。但钠硫电池和 Zebra 电池只有在高温下才能工作，欠缺运行可靠性，且回收成本较高，因此大量研究转向可以在室温下工作的钠离子电池。
1972 年，法国科学家米歇尔・阿曼德（M. Armand）提出了 “摇椅式电池” 的概念。
1980 年，美国埃克森研究工程公司的杰拉尔丁・纽曼（Gerald H. Newman）等人实现了在 TiS₂中的可逆脱嵌。
1981 年，法国波尔多大学克劳德・德尔马（Claude Delmas）教授等人研究了层状氧化物正极的储钠性质，并提出了层状氧化物材料结构的分类方法。同时，含有其他过渡金属的层状氧化物正极材料（M 为过渡金属元素）也陆续被提出。
20 世纪 80 年代后期，一方面锂离子电池研究兴起，另一方面钠离子电池难以找到合适的负极材料，其研究工作停滞不前。
2000 年，加拿大达尔豪斯大学史蒂文斯等人制备出储钠容量为 300mAh/g 的葡萄糖基硬碳，这是一种合适的负极材料，钠离子电池发展因此迎来转折点。
2007 年，加拿大滑铁卢大学化学系纳扎尔等人发现了一种聚阴离子型正极材料，使用这种材料作为正极的钠离子电池在脱嵌钠过程中体积形变仅为 3.7%。
2010 年以后，大量不同的钠离子电池正负极材料被发现。其中正极材料主要包括氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类和有机 / 转化类等；负极材料主要包括碳基材料、钛基材料、有机材料和合金类材料等。
2011 年，日本东京理科大学应用化学系的教授驹场等人分别使用和硬碳作为正极和负极，首次报道了全电池的性能。同年，全球首家钠离子电池公司 Faradion 于英国成立。
2013 年，古迪纳夫等人报道了普鲁士白正极材料，该材料具有良好的倍率性能。
2014 年，中国科学院物理研究所胡勇胜等人首次发现可以提高层状氧化物正极材料的储钠容量，同时还提出一系列低成本铜铁锰基正极材料。
2015 年，胡勇胜等人提出使用无烟煤制备无定形碳负极材料，为大幅度降低钠离子电池成本奠定基础。
2017 年，北京中科海钠科技有限公司成立，专注于钠离子电池的研发与生产。该公司于 2018 年设计了全球首辆搭载钠离子电池的低速电动车，又于 2019 年在 100kWh 储能电站上首次实现了钠离子电池的示范应用。