Die Geschichte der CNC-Fräsen und 5 Achs Fräsen beginnt genau genommen bereits im Jahr 1818 mit der Entwicklung der ersten Fräsmaschine für Metall durch den US-amerikanischen Fabrikanten Eli Whitney. Der Grundkörper dieser Maschine bestand aus einem Holzblock. Wahlweise war die Bewegung des Frästisches von Hand oder automatisch durch einen Schneckenantrieb möglich. Gegen Mitte des 19. Jahrhunderts folgte die von Francis Pratt, USA, konstruierte Lincoln-Fräsmaschine. Diese Apparatur war universell einsetzbar und bildete sowohl in den USA als auch in Europa bis etwa 1900 die Konstruktionsgrundlage für weitere Maschinen.

Die erste historische Universalfräsmaschine wurde nachweislich am 14.03.1862 von Brown & Sharp, einem im nordamerikanischen Raum tätigen Maschinenbauunternehmen, an die Providence Tool Co. geliefert. Bis Ende desselben Jahres entstanden zehn weitere dieser Fräsmaschinen. Danach stieg ihre Anzahl stetig an. Erste Spezialmaschinen zum Fräsen von Zahnrädern, Nuten und Gewinden kamen gegen Ende des 19. Jahrhunderts zum Einsatz. Um die Spanleistung zu steigern, wurden mehrere Fräser hintereinander aufgespannt. Bereits mit diesen einfachen Werkzeugmaschinen ließen sich relativ hohe Maßgenauigkeiten erreichen. An die Genauigkeit der CNC-Fräsen und 5 Achs Fräsen reichten diese Maschinen jedoch nicht im Entferntesten heran. Über die Jahre entwickelten sich nicht nur die Fräsmaschinen immer weiter, auch die Fräswerkzeuge verbesserten sich. Schon um 1900 wurde durch F. W. Taylor, USA, der Schnittstahl eingeführt. Damit erhöhte sich die Spanleistung um das Dreifache.

Einen wichtigen Grundstein für die Entwicklung der CNC-Technologie und folglich auch der CNC-Fräsen und 5 Achs Fräsen legte in den Jahren 1949 bis 1952 John Parsons, Cambridge/USA, am Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.). Im Auftrag der US Air Force konstruierte er die erste NC-gesteuerte Maschine (NC=Numerical Control) – die „Cincinnati Hydrotel“. Parsons Technologie übernahm 1954 die ebenfalls in den USA ansässige Firma Bendix, die eine mit mehr als 300 Elektronenröhren ausgestattete NC-Maschine konzipierte. Die Steuerung erfolgte über Lochkarten. Das Hin- und Herschieben der Werkstückträger geschah mittels getrennt arbeitender Motoren. Das NC-Programm, welches die Folge der einzelnen Weg- bzw. Steuerinformationen enthielt, ist der direkte Vorläufer des CNC-Programms.

Die erste NC-Maschine kam in den Industriestaaten Europas 1959 auf den Markt. Ab 1960 erfolgte die Nachrüstung vieler vorhandener Fräsmaschinen mit numerischen Steuerungen. Es stellte sich jedoch bald heraus, dass eine optimale Nutzung der NC-Technologie ohne spezielle Maschinenkonstruktionen nicht möglich war. Deshalb wurden NC-gerechte Fräsen gebaut, die durch eine stabilere Bauweise, stärkere, stufenlos regelbare Antriebe (Gleichstrom), Einsatz von hydrostatischen Führungen, Wälzführungen und Kugelumlaufspindeln gekennzeichnet waren.

Im Jahr 1965 gelang es, den Werkzeugwechsel zu automatisieren. Ab 1968 kam erstmals die IC-Technik (integratet circuits) in den Steuerungen zur Anwendung. Mit der Einführung von Werkzeugschnellspannern und Palettenwechslern (1970) wurde der Automatisierungsgrad der Maschinen noch weiter erhöht. Die erste NC-Steuerung mit Programmspeicher, die Vorstufe zur CNC-Technologie, folgte 1972. Ab 1976 wurde mit dem Einsatz von Mikroprozessoren erstmals die CNC-Funktionalität realisiert. Damit war der Weg für die CNC-Fräsen und 5 Achs Fräsen endgültig geebnet. Die bis dahin für die Steuerung eingesetzte Hardware wurde zunehmend durch Software ersetzt. 1978 ließen sich bereits flexible Fertigungssysteme realisieren und 1979 entstanden die ersten CAD/CAM-Kopplungen.

Zunächst mussten die CNC-Programme für die CNC-Fräsen und 5 Achs Fräsen mühsam per Hand geschrieben werden. Das bedeutete für die Programmierer eine enorme Konzentrationsfähigkeit. Schon der kleinste Programmierfehler konnte Schäden an der Fräsmaschine verursachen. Erst gegen Ende der 90er Jahre gelang der Absprung von der klassischen Programmierung. Stattdessen erfolgte die Erzeugung der Programme nun direkt aus einem CAD/CAM-System heraus, wie es noch heute Standard ist. Zukünftig soll die Programmierung über CIM erfolgen, mit dem Ziel, sie letztendlich gänzlich ohne menschliche Einflussnahme auszuführen. Wurden bisher beim CNC-Fräsen über die Maschinensteuerung bis zu 5-achsige Maschinen programmiert, gibt es mittlerweile auch CNC-Fräsmaschinen mit bis zu acht Achsen.