早期的控制器都没有PID的说法常常是在一个设备上为了解决问题做的改进。例如大名鼎鼎的飞球式调试器使用飞球与中心轴的夹角来控制蒸汽机的速度，其本质是一个纯比例控制器，比例增益可以通过杠杆长度进行调节。1911年斯佩里使用了一个比PID更复杂的控制算法设计出了船用自动驾驶仪。以简驭繁最终广泛应用的是更简单更核心的PID控制算法。过程控制中最早的自动温度控制器应用于牛奶巴氏灭菌器，从原理上讲也是一个比例控制器。
在实践中工程师发现了“纯比例控制有余差”，虽然工程师不知道原因但是还是要在控制器上改进以消除余差。后面美国的仪表公司通过模拟人的操作通过自动重置控制器偏置的方式推出了具有比例积分作用的控制器。自动重置理论上等同于对偏差进行积分，使用气动元器件实现积分作用还带来了对积分饱和问题的关注。在应用中操作员有在过程变量偏离期望值后大幅度调整控制器输出以克服干扰的动作，等过程变量逐渐向期望值靠近时适度回调控制器输出的经验，为了模拟这个人的动作增加了“预作用”的控制作用。
上面所述的功能虽然等同于PID的功能，但是与真正意义的PID还是有所不同的，它们只是在实际使用意义上等同于比例积分微分环节。真正彻底清晰的PID理论其实1936年就提出了，英国诺夫威治市帝国化学有限公司的考伦德和斯蒂文森等人给出了一个温度控制系统的PlD控制器的方法，并于1939年获得美国专利。后来各行各业逐渐认识到自己研究的控制器其本质也都是PID控制器。而且当抽象成一个公式后理论界对PID参数的作用和意义有了更深刻的理解。从此在基础控制中世界大同到PID控制器了。
时至今天，凡是有需要控制的设备几乎都采用PID控制器，大至飞机、导弹小至手机、空调等。例如无人机靠PID算法稳定飞行姿态。PID在我们周围无处不在，尽心尽力地帮助人类实现自动控制。
