早在公元132年，中国的科学家张衡就发明了地震仪，当时称为地动仪。据《后汉书》记载，张衡的地动仪“以精铜铸成，圆径八尺，盒盖隆起，形似酒樽”。仪器内部中间设有“都柱”（相当于一种倒立型的震摆），周围有“八直”（装置在摆的周围的八组机械装置），樽外接相应东、西、南、北和东南、东北、西南、西北八个方向而设置的八条口含小铜珠的龙，每个龙头下面都有一只赡蜍张口向上。一旦发生较强的地震，“都柱”因震动失去平衡而触动“八道”中的一道，使相应的龙口张开，小铜珠即落入赡蜍口中，观测者便知道地震发生的时间和方向。地动仪成功地记录了公元138年甘肃发生的一次强震。
张衡的这个重大发明一直受到中外学者的赞扬和钦佩，成为现代地震仪的先驱。张衡地动仪只能记录地震的初动方向，与近代地震仪比较，只能叫验震器。1700多年以后的1848年，意大利人契托利才制成水银验震器。在此基础上1855年意大利人帕尔米耶里发明了能记录地震强度及持续时间的仪器：一条U形玻璃管，地震对管内水银产生震动，水银面有浮标与笔连接，可在转筒表面的纸上画出标记。
1883年在日本工作的英国地震学家米尔恩等人制成了摆式地震仪。方法是把一枚坠子（摆）挂在长约1．5米的水平吊杆上，吊杆可像门一样自由横转，地面移动时坠子由于惯性趋向静止，因而相对地面运动。
米尔恩的她雷仪后来发展成一种现代地震仪，由三台仪器组成，其中两台分别记录地壳东西和南北的水平运动，第三台记录上下运动（利用弹簧挂起坠子，地震时能上下运动）。
米尔恩之后很多科学家为地震仪器的发展作出贡献。1888－1889年间，伯希维茨制成了光记录式水平摆，第一次记录到远震（在德国波茨坦记录到日本1889年4月17日地震）。日本大森房吉制成水平摆式地震仪，采用机械杠杆放大，熏烟记录。德国维谢特制成倒立摆式大型水平及垂直向地震仪，提高了放大倍率。俄国伽利津制成了电流计记录式地震仪，将机械能转换为电能，更大地提高了地震仪的灵敏度。此后美国的班尼奥夫在1932年制成电磁型垂直向地震仪。
第二次世界大战后，地震仪的研究又有重要进展。运用电子放大方法大大提高了地震仪的放大倍率，从千倍级提高到数万倍，甚至数百万倍，观测频率范围大大展宽，遥测技术也有很大发展。1969年由“阿波罗11号”登月飞船宇航员安放了一台地震仪，通过地面遥感记录装置，得到了不少有关月球内部构造、月壳运动和组成成分的信息。
地震仪不仅是观测地震的仪器，它也是探测地球内部构造的重要手段。利用人工爆炸产生的震波传入地下可探测这个区域地下地层的构造。1923年美国利用此法发现大量油田。因此，地震仪又是勘探石油、天然气的不可缺少的工具。此外，地震仪还可侦察地下核爆炸。
