交通信号控制系统从最初的手动控制，经历了机械式控制、电动式控制以及计算机控制四个阶段。控制范围也从最初的单点交叉口信号控制系统发展到主干线的协调控制系统乃至整个交通网络的区域控制系统。控制方式也由离线定周期控制策略发展到在线实时控制策略。
最早控制交通的设备是1868年在英国伦敦安装的色灯交通信号机。它是用煤气灯照亮，后因煤气爆炸而毁坏。1914年在美国克利夫兰开始使用电光源定时信号机。1918年在纽约开始使用手动红、黄、绿三色信号机。用信号机控制单个交叉口的交通信号称为点控制。
随着交通量的增加，逐渐地从对单个交叉口交通信号的控制发展到对同一条道路若干个相邻交叉口交通信号的控制，即线控制。世界上第一个实现交通线控制的系统于1917年出现在美国盐湖城。这是一种内联式线控制系统,它把一条道路上6个连续的交叉口的信号灯用电缆联接，使用手动开关。此后十年间，先后又试验成功了同时式、交变式、推进式线控制系统，它们都是机械联动。
到50年代，一些国家的汽车保有量进一步增加，线控制系统已不能满足城市道路交通的需要。1952年美国在丹佛市试验用电子计算机对道路网各交叉口的交通信号进行控制，这就是面控制。与此同时，在高速公路上也安装了交通控制系统。1959年加拿大多伦多市进行实验并于1963年正式安装了世界上第一个实现面控制的面控制系统。此后,许多国家也都采用新型电子计算机,使一个区域内的信号灯协调运转。
20世纪60年代早期出现了微处理控制器的信号控制系统。自20世纪60年代以来，世界各国交通学者着手研究一种适用于较大范围的信号联动控制系统，该研究包括了:交通信号控制硬件和软件的开发，以及大规模数据传输系统和各类终端设备的研发。随着微处理技术的发展和各种新型微处理器的广泛应用，出现了以微处理控制器作为主控机的区域交通信号控制系统，而且各种终端设备(比如交通信号控制机、可变交通标志、交通检测器、交通状况记录仪以及系统故障检测装置等)也开始广泛应用微处理技术，从而使控制技术产生了飞跃性变革，控制系统功能更加完善。
中国于1932年在广州开始采用手动信号灯，1976年在北京安装了第一台单点感应式信号机，1978年在北京试用线控制系统。
