Bentuk penelitian ini dimulai pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 dengan eksperimen psikologi. Pada 1903, Schuyler telah menggunakan kelompok eksperimen dan kelompok kontrol, dan penggunaannya menjadi demikian lazim sehingga ia tidak merasa perlu untuk memberikan alasan untuk itu. Lalu, pada 1916, Mc Call, mengemukakan ide untuk menetapkan secara random individu kedalam kelompok (Campbell & Sanley, 1963).
Mc Mall, menulis buku penting pada 1923, How to Eksperiment in Education, menetapkan prosedur untuk membandingkan kelompok-kelompok. Di samping itu, pada 1925 buku tulisan Fisher, Statistical Methods for Research Worker, membahas prosedur statistik yang berguna dalam eksperimen dibidang psikologi dan pertanian. Dalam buku ini, Fisher mengemukakan konsep menempatkan secara random individu-individu ke dalam kelompok-kelompok sebelum memulai suatu eksperimen. Beberapa perkembangan lain di bidang prosedur statistik kala itu (misalnya, chi-square goodness of fit dan critical value) dan pengujian signifikasi perbedaan (misalnya, The design of Eksperiment oleh Fisher [1935]) menigkatkan penelitian eksperimental dibidang pendidikan. Antara tahun 1926 dan 1963, lima set textbook tentang statistik telah mengalami banyak edisi (Huberty, 1993).
Campbell & Sanley (1963) telah mengidentifikasi tipe-tipe utama rancangan eksperimental. Mereka menetapkan 15 tipe yang berbeda dan mengevaluasi masing-masing rancangan dalam kaitannya dengan ancaman potensial terhadap validitasnya. Rancangan-rancangan ini masih tetap populer sampai sekarang. Setelah itu Cook dan Campbell (1979) mengelaborasi tipe-tipe rancangan tersebut dan memperluas diskusi tentang ancaman validitasnya. Terakhir, Shadish, Cook, dan Campbell (2002) telah menyempurnakan diskusi tentang rancangan-rancangan eksperimental utama. Buku ini menetapkan rancangan dasar, notasi, representasi visual, ancaman potensial terhadap rancangan tersebut, dan prosedur statistik eksperimen pendidikan.
Sejak 1980-an, eksperimen semakin canggih dan kompleks, sebagian karena komputer dan semakin berkembangnya prosedur statistik. Peneliti sekarang menerapkan banyak variabel independen dan dependen, membandingkan lebih dari dua kelompok, dan meneliti tipe unit-unit analisis eksperimental yang berbeda, misalnya organisasi secara keseluruhan, kelompok, dan individu (Boruch, 1998; Neuman, 2000). Beberapa perbaikan prosedur merepresentasikan perkembangan terkini dibidang eksperimen, dan sejumlah buku”how to” (misalnya, Bausell, 1994) tersedia bagi peneliti pendidikan. Di samping itu, buku-buku yang mengaitkan prosedur statistik dengan rancangan eksperimental dalam kaitannya dengan merancang eksperimen yang sensitif (misalnya, Lipsey, 1990) merepresentasikan ide-ide baru tentang memperkuat prosedur dalam penelitian eksperimen.