早期的控制器都沒有PID的說法常常是在一個設備上為了解決問題做的改進。例如大名鼎鼎的飛球式調試器使用飛球與中心軸的夾角來控制蒸汽機的速度，其本質是一個純比例控制器，比例增益可以通過杠桿長度進行調節。1911年斯佩里使用了一個比PID更復雜的控制算法設計出了船用自動駕駛儀。以簡馭繁最終廣泛應用的是更簡單更核心的PID控制算法。過程控制中最早的自動溫度控制器應用于牛奶巴氏滅菌器，從原理上講也是一個比例控制器。
在實踐中工程師發現了“純比例控制有余差”，雖然工程師不知道原因但是還是要在控制器上改進以消除余差。后面美國的儀表公司通過模擬人的操作通過自動重置控制器偏置的方式推出了具有比例積分作用的控制器。自動重置理論上等同于對偏差進行積分，使用氣動元器件實現積分作用還帶來了對積分飽和問題的關注。在應用中操作員有在過程變量偏離期望值后大幅度調整控制器輸出以克服干擾的動作，等過程變量逐漸向期望值靠近時適度回調控制器輸出的經驗，為了模擬這個人的動作增加了“預作用”的控制作用。
上面所述的功能雖然等同于PID的功能，但是與真正意義的PID還是有所不同的，它們只是在實際使用意義上等同于比例積分微分環節。真正徹底清晰的PID理論其實1936年就提出了，英國諾夫威治市帝國化學有限公司的考倫德和斯蒂文森等人給出了一個溫度控制系統的PlD控制器的方法，并于1939年獲得美國專利。后來各行各業逐漸認識到自己研究的控制器其本質也都是PID控制器。而且當抽象成一個公式后理論界對PID參數的作用和意義有了更深刻的理解。從此在基礎控制中世界大同到PID控制器了。
時至今天，凡是有需要控制的設備幾乎都采用PID控制器，大至飛機、導彈小至手機、空調等。例如無人機靠PID算法穩定飛行姿態。PID在我們周圍無處不在，盡心盡力地幫助人類實現自動控制。
