ก่อนที่จะมีตู้เย็นปรากฏขึ้นมาบนโลกใบนี้ มนุษย์เราเก็บรักษาอาหารโดยการใช้น้ำแข็งและหิมะ ตู้เย็นยุคแรกๆในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ คือ การขุดหลุมลงไปในพื้นดินจากนั้นก็ปูด้วยไม้หรือฟางแล้วนำน้ำแข็งหรือหิมะใส่ลงไปในหลุมนั้น เพื่อใช้เก็บอาหาร ขั้นตอนการทำงานของตู้เย็นคือ การกำจัดความร้อนจากพื้นที่ปิดหรือจากวัตถุ เพื่อทำให้อุณหภูมิภายในตู้เย็นต่ำลง ตู้เย็นใช้ไอระเหยจากของเหลวเพื่อดูดซับความร้อน ของเหลวที่ใช้ในตู้เย็นนั้นสามารถระเหยได้ในอุณหภูมิที่ต่ำมากๆ ซึ่งทำให้เกิดอุณหภูมิที่เย็นจัดภายในตู้เย็น หลักการทั้งหมดนี้มีพื้นฐานมาจากกฏฟิสิกส์ที่ว่า ของเหลวระเหยได้รวดเร็ว (ภายใต้ความกดดัน) ไอที่ระเหยอย่างรวดเร็วนี้ต้องการพลังงาน kinetic และดึงอุณหภูมิที่ต้องการจากพื้นที่ที่มันอยู่ในขณะนั้น ทำให้พลังงานในพื้นที่นั้นค่อยๆลดลงและเกิดความเย็นในที่สุด ความเย็นที่เกิดจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของก๊าซเป็นหลักการทำงานของการทำความเย็นในปัจจุบัน

ตู้เย็นจำลองเครื่องแรกถูกสาธิตการทำงานโดย วิลเลียม คัลเลน (William Cullen) ที่มหาวิทยาลัยแห่งกลาสโกว์ ปี ค.ศ. 1748 แต่ว่า เขาไม่ได้ทำให้การค้นพบของเขากลายเป็นตู้เย็นที่สามารถใช้งานจริงขึ้นมาได้ ค.ศ. 1805 นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน ชื่อ โอลิเวอร์ อีวานส์ (Oliver Evans) ได้ออกแบบตู้เย็นเครื่องแรกขึ้น ส่วนตู้เย็นที่สามารถใช้งานได้จริงสร้างโดย จาคอบ เพอร์กินส์ ใน ค.ศ. 1834 ต่อมา นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน นามว่า จอห์น กอร์รี (John Gorrie) ได้สร้างตู้เย็นโดยอิงมาจากการออกแบบของอีวานส์ ค.ศ. 1876 วิศวกรชาวเยอรมัน คาร์ล วอน ลินเดน (Carl von Linden) ได้จดสิทธิบัตรกระบวนการทำก๊าซให้เป็นของเหลว ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีการทำความเย็นเบื้องต้น

ตู้เย็นในช่วงปลาย ค.ศ. 1800 ถึง 1929 ใช้ก๊าซที่เป็นพิษในการทำความเย็น เช่น แอมโมเนีย, เมทิล คลอร์ไรด์, และซัลเฟอร์ ไดออกไซด์ อุบัติเหตุรุนแรงเกิดขึ้นหลายครั้งในช่วงยุค 1920 เมื่อเมธิล คลอไรด์ รั่วไหลจากตู้เย็นบริษัทอเมริกัน 3 แห่งร่วมกันทำวิจัยและพัฒนากระบวนการทำความเย็นที่ปลอดภัยมากขึ้น ความพยายามของพวกเขาทำให้ค้นพบ ฟรีออน (Freon) ไม่กี่ปีต่อมา ตู้เย็นที่ใช้สารฟรีออนในการทำความเย็นก็กลายเป็นของใช้ในครัวทั่วไปทว่าไม่กี่ศตวรรษต่อมาเราก็ได้รู้ว่า คลอโรฟลูออโรคาร์บอนส์ นี้เป็นภัยต่อชั้นโอโซนของโลกของเรา