L’utilizzo della luce per indagini relative alle proprietà dei tessuti risale all'inizio del XIX secolo. A partire da questo periodo sono stati promossi numerosi studi volti all'approfondimento di questa tematica, fino ad arrivare al 1977, anno in cui si arrivò a comprendere che era possibile utilizzare la luce nello spettro del vicino infrarosso al fine di monitorare la saturazione di ossigeno in un tessuto in modo continuativo e non invasivo. A seguito quindi delle prime ricerche legate a questo ambito, intorno alla metà degli anni ’80 questo approccio venne applicato per la prima volta al fine di valutarne le potenzialità investigative in relazione all'ossigenazione dei tessuti cerebrali corticali. L’inizio degli anni ’90 ha infine segnato un momento di svolta nello sviluppo della fNIRS, in quanto venne dimostrato che tramite questa tecnica e sulla base del principio dell'accoppiamento neuro-vascolare era possibile misurare l’attività cerebrale in modo non invasivo. Ad oggi, l’impiego principale delle tecniche fNIRS riguarda svariati ambiti di ricerca, tra cui interfacce neurali, perfusione cerebrale, neurologia clinica, neuroscienze cognitive, studio delle emozioni, monitoraggio neonatale, riabilitazione nell'ambito dello stroke.