Przypuszczenia i teorie na temat istnienia we wszechświecie procesów prowadzących do emisjii promieniowania gamma datują się na wiele lat przed powstaniem technicznych możliwości ich detekcji. Szczególny wkład miały tu prace Farenberga i Primakoffa z 1948 roku, Hayakawy i Hutchinsona z 1952 roku, oraz Morrisona z roku 1958. Procesy o których tu mowa to głównie oddziaływanie promieniowania kosmicznego z gazem międzygwiazdowym, wybuchy supernowych, oddziaływanie wysokoenergetycznych elektronów z międzygwiazdowym polem magnetycznym. Możliwość detekcji tych emisji pojawiła się dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku.
Ze względu na fakt iż promieniowanie gamma jest niemal całkowicie pochłaniane przez atmosferę Ziemi obserwacje muszą być wykonywane spoza najgęstszych warstw atmosfery. W tym celu teleskopy promieniowania gamma umieszczane są w balonach lub sztucznych satelitach. Pierwsze orbitalne obserwatorium promieniowania gamma, wyniesione na orbitę okołoziemską w roku 1961 w satelicie Explorer XI, zarejestrowało zaledwie kilkadziesiąt fotonów promieniowania gamma.
Najważniejsze, jak dotąd, odkrycie w tej dziedzinie astronomii zostało dokonane na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych dwudziestego wieku. Było to odkrycie silnych impulsów promieniowania dochodzących z różnych stron nieba. Przez wiele lat nie udawało się odnaleźć odpowiadających im obiektów w innych zakresach widma elektromagnetycznego. Dopiero na przełomie XX i XXI wieku, dzięki intensywnym wysiłkom i koordynacji działań w ramach całego globu zdołano zaobserwować optyczne odpowiedniki rozbłysków gamma (ang. gamma-ray bursters). Udało się stwierdzić, że obiekty te położone są w bardzo dużych odległościach, porównywalnych z rozmiarem widzialnego wszechświata. Obecnie sądzi się, iż są to wybuchy gwiazd hipernowych, w których powstają czarne dziury zamiast gwiazd neutronowych.