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20世纪60年代初，美国麻省理工学院（MIT）开发了名为Sketchpad的计算机交互图形处理系统，并描述了人机对话设计和制造的全过程，形成了最初的CAD概念，即科学计算和绘图。从20世纪60年代初到70年代中期，CAD从封闭的专用系统走向商品化，CAD技术开始进入实用阶段。这一时期的主要技术特征是二维、三维线框几何造型方法的发展。这种造型方法通过若干线型元素互连组成线型框架，其仅定义出设计模型的基本轮廓，不能表示设计对象的表面和形体的几何信息，在设计模型上不能任意截取切面，模型的描述也不完整，显示的图形有“多义性”，即模型的不确定性。此时，有代表性的CAD软件系统，如美国通用汽车公司的DAC-1和洛克希德公司的CADAM等。随着计算机软硬件的发展，计算机被逐步应用于设计过程，形成了CAD系统，同时给CAD概念增加了新的含义，逐步形成了当今应用十分广泛的CAD/CAE/CAM集成的CAD系统。
CAD技术经历了四次技术革命，分别是：
第一次CAD革命—曲面造型技术。20世纪70年代后期，CAD进入高速发展时期。该阶段的主要技术特点是自由曲面造型技术取得突破。由于大规模集成电路的问世，CAD系统价格下降，此时正逢飞机和汽车工业蓬勃发展，飞机和汽车制造中遇到大量的自由曲面问题。法国达索飞机制造公司（Dassault）率先开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA，采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达自由曲面。
第二次CAD革命—实体造型技术。20世纪80年代初，随着工程分析和计算技术的快速发展，CAE、CAM技术开始有了较大的需求，表面模型技术只能表达形体的表面信息，不能准确表达零件的其他属性，如质量、质心和惯性矩等，难以满足CAE技术的需求，尤其是难以解决模型分析的前处理问题。1979年，SDRC公司成功开发了第一个基于实体造型技术的CAD/CAE软件I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部几何、拓扑和材料属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达。
第三次CAD革命—参数化特征造型技术。20世纪80年代中期，CV（计算机视觉）公司的一些技术人员提出了参数化实体造型方法，其特点是基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等。参数化实体造型技术的出现和特征造型概念的提出标志着CAD技术进入了CAD/CAM集成化的新阶段，使设计模型在几何和拓扑意义上建立了基于约束的关联，保证了模型编辑的高效性和可靠性；特征造型将与产品制造工艺等相关的非几何、拓扑和材料信息包含在模型中，是CAD建模理论和技术的重要拓展。美国PTC公司凭借新技术的优势在CAD市场份额的占有率中名列前茅，有力地推动了CAD技术向前发展。
第四次CAD革命—变量化造型技术。20世纪90年代，CAD技术已趋于成熟，出现了许多商业应用CAD软件，如UG、Creo、CATIA等，这些软件开始逐步应用于企业的产品设计，标志着数字化设计技术能较好地服务于产品设计的各个阶段。但参数化技术尚存在不足，假设设计者在设计全过程中必须将形状和尺寸联合起来考虑，并且通过尺寸约束来控制模型的形状，一旦所设计的零件形状复杂，如何通过修改尺寸得到所需形状的模型就很不直观；另外，设计中某些关键形体的拓扑关系发生改变，使某些约束特征丢失，也会造成系统数据混乱。变量化设计技术从设计原理、方法和目的出发，提出了一种对参数化技术进行改良的先进实体造型技术。
随着数字化设计与制造技术的快速发展，产品的设计模式也发生着根本性变化，具有设计制造等全面信息的三维数字化模型将取代传统的二维图样，成为产品工艺设计、工装设计、零部件加工、装配与检测等产品全生命周期的唯一设计制造依据。基于模型定义（Model Based Definition, MBD）的技术是一种面向计算机应用的产品数字化定义技术，是指用集成的三维实体模型完整地表达产品定义信息，将产品的设计信息、工艺描述信息、加工制造信息、检测信息和管理信息定义到产品的三维数字化模型中，使三维模型成为产品全生命周期各阶段信息的唯一载体，保证设计数据的唯一性。MBD技术贯穿整个产品全生命周期，使得模型在设计、工艺、生产、检测和维护等环节保持一致性和可追踪性，因此MBD技术能够有效地缩短产品研制周期，改善生产现场工作环境，提高产品质量和生产效率。
随着计算机网络技术和现代设计方法的快速发展，CAD技术的内涵也发生了很大变化，其主要特征是CAD技术在向更深入和广泛领域发展的同时，紧密结合先进制造技术，日益向集成化、网络化、智能化方向发展，可支持产品的自动化设计及智能设计理论方法、设计环境、设计工具等各种相关技术，能使设计工作实现集成化、网络化和智能化，达到提高产品设计质量、降低产品成本和缩短设计周期的目的。
（1）网络协同设计
汽车、船舶和飞机等产品的设计是多阶段、多学科、多部门的综合性复杂过程，随着网络技术的快速发展，数字化设计技术必然向网络协同化发展。网络协同设计可以帮助企业以电子形式高效传输二维图样，使制造企业将动态的三维模型集成到自定义的在线目录中或各种电子商务服务中，通过互联网随时随地进行实时交流和协作。这种基于网络的协作模式对企业控制设计与制造成本、提高产品质量和加快新品上市是至关重要的。
（2）智能化
产品设计过程中方案构思与拟订、最佳方案选择、结构设计、评价及参数选择等工作过去大都依赖于设计数据和设计者的经验和知识，如果运用人工智能技术建立产品设计相关的知识模型，采用问题推理等方法能大幅提高设计决策的效率和质量、缩短设计时间。因此，将人工智能、知识工程、基于大数据的深度学习等方法与数字化设计技术相结合，实现产品设计和决策的智能化是数字化设计技术发展的必然趋势。
（3）集成化
集成化是多角度、多层次的。它可以是一个CAD系统内部各模块之间的集成、多种CAD系统之间的集成、动态联盟中企业的集成等，从而有效支持整个产品全生命周期的开发设计。为保证集成的有效性，需要进一步完善产品数据交换技术、产品全生命周期数据管理技术等。
（4）标准化
标准化、规范化是数字化设计技术的重要保证。迄今为止，我国已制定了一系列CAD技术相关标准，可大致分为5类：
1）计算机图形标准。
2）CAD技术制图标准。
3）产品数据技术标准。
4）CAD文件管理和存档标准。
5）CAD一致性测试标准。
此外，在航空航天等行业中，针对某种CAD软件的应用也制定了行业的CAD应用规范。随着技术进步，新标准和新规范还会出现，这些标准对CAD系统的开发和应用具有指导性作用，指明了数字化设计技术标准化发展的方向。