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现代化学工业始于18世纪的法国，随后传入英国。19世纪，以煤为基础原料的有机化学工业在德国迅速发展起来。但那时煤化学工业的规模并不巨大，主要着眼于各种化学产品的开发。所以，当时化工过程开发主要是由工业化学家率领，机械工程师参加进行的。技术人员的专业也是按其从事的生产产品分类的，如染料、化肥、炸药等。直到19世纪末，化学工业萌芽阶段的工程问题，才是采用化学加机械的方式解决的。
19世纪末20世纪初，石油的开采和大规模石油炼厂的兴建为石油化学工业的发展和化学工程技术的产生奠定了基础。同以煤为基础原料的煤化学工业相比，炼油业的化学背景不那么复杂多样化。因此，有可能也有必要进行工业过程本身的研究，以适应大规模生产的需要。这就是在美国产生的以“单元操作”为主要标志的现代化学工业的背景。
1888年，美国麻省理工学院开设了世界上最早的化学工程专业，接着，宾夕法尼亚大学、土伦大学和密执安大学也先后设置了化学工程专业。那个时期化学工程教育的基本内容是工业化学和机械工程。1915年12月麻省理工学院的委员A. D. Little首次正式提出了单元操作（Unit Operation）的概念。20世纪20年代石油化学工业的崛起推动了各种单元操作的研究。
20世纪30年代以后，化学机械从纯机械时代进入以单元操作为基础的化工机械时期。
20世纪40年代，因战争需要，流化床催化裂化制取高级航空燃料油、丁苯橡胶的乳液聚合以及曼哈顿工程这三项重大工程同时在美国出现。前两项是用20世纪30年代逐级放大的方法完成的，放大比例一般不超过50∶1。但是，因曼哈顿工程时间紧迫和放射性的危害，必须采用较高的放大比例，达1000∶1或更高一些。这就要求更加坚实的理论基础，以更加严谨的数学形式表达单元操作的理论。
曼哈顿工程的成功，大大促进了单元操作在化学工业中的应用。20世纪50年代中期提出了传递过程原理，把化学工业中的单元操作进一步解析为3种基本操作过程，即动量传递、热量传递和质量传递以及三者之间的联系。同时，在反应过程中把化学反应与上述3种传递过程一并研究，用数学模型描述过程。随着电子计算机的应用以及化工系统工程学的兴起，化学工业发展进入更加理性、更加科学化的时期。
20世纪60年代初，新型高效催化剂的发明，新型高级装置材料的出现，以及大型离心压缩机的研究成功，推进了化工装置大型化的进程，把化学工业推向一个新的高度。此后，化学工业过程开发周期已能缩短至4～5年，放大倍数达500～20000倍。化学工业过程开发是指把化学实验室的研究结果转变为工业化生产的全过程。它包括实验室研究、模试、中试、设计、技术经济评价和试生产等内容。化学工业过程开发的核心内容是放大，且可以用电子计算机进行数学模拟放大。化学工程基础研究的进展和放大经验的积累，已使过程开发能够按照科学的方法进行。中间试验不再是盲目地、逐级地，而是有目的地进行，不仅只是收集或产生关联数据的场所，而且也是检验数学模型和设计计算结果的场所。
现代的技术进步一日千里。20世纪最后几十年的发明和发现，比过去两千年的总和还要多，化学工业也是如此。在这几十年中，化学工业在世界范围取得了长足进展。化学工业在很大程度上满足了农业对化肥和农药的需要。随着化学工业的发展，天然纤维已丧失了传统的主宰地位，人类对纤维的需要有近三分之二是由合成纤维提供的。塑料和合成橡胶渗透到国民经济的所有部门，在材料工业中已占据主导地位。医药合成不仅在数量上而且在品种和质量上都有了较大发展。化学工业的发展速度已显著超过国民经济的平均发展速度，化工产值在国民生产总值中所占的比例不断增加，化学工业已发展成为国民经济的支柱产业。
20世纪70年代后，现代化学工程技术渗入了各个加工领域，生产技术面貌发生了显著变化。化学工业还同时面临来自能源、原料和环保三大方面的挑战，进入一个新的更为高级的发展阶段。
在原料和能源供应日趋紧张的条件下，化学工业正在通过技术进步尽量减少其对原料和能源的消耗；为了满足整个社会日益增长的能源需求，化学工业正在努力提供新的技术手段，用化学的方法为人类提供更多更新的能源；为了自身的发展，化学工业正在开辟新的原料来源，为以后的发展奠定丰富的原料基础；随着电子计算机的发展和应用，化学工业正在进入高度自动化的阶段；一些高新技术，如激光、模拟酶的应用，正在使化学工业生产的效率显著提高，技术面貌发生根本性的变化。由于有了更新的技术手段，化学工业对环境的污染进一步得到控制，并将为改善人类的生存条件做出新的贡献。