Ngay từ những năm 30 của thế kỷ 20, vật liệu quang xúc tác dựa trên oxit kẽm đã được phát hiện. Năm 1967, Giáo sư Kenichi Honda và nghiên cứu sinh tiến sĩ Akira Fujishima của Đại học Tokyo đã phát hiện ra rằng quá trình điện phân nước có thể được thực hiện bằng cách chiếu sáng các điện cực titan dioxide bằng ánh sáng, cụ thể là "Hiệu ứng Honda-Fujishima", mở ra cánh cửa cho ứng dụng titan dioxide trong lĩnh vực quang xúc tác. Năm 1972, Nature đã công bố nghiên cứu của Fujishima và Honda về quang xúc tác trong lĩnh vực quang phân nước. Nó đã mở ra một chương mới trong nghiên cứu quang xúc tác.
Năm 1976, Garey và cộng sự đã tiên phong trong việc ứng dụng chất xúc tác quang trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, sử dụng quang xúc tác để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Từ đó, nó đã trở thành hướng nghiên cứu chính để mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vật liệu quang xúc tác bán dẫn trong khoa học sự sống và chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng khác.
Năm 2015, một công ty Nhật Bản đã phát triển một loại hạt quang xúc tác mới được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề thiếu nước. Các hạt này bao gồm các hạt zeolit và các hạt titan dioxit, được trộn kỹ trong nước thải dưới sự chiếu xạ cực tím, có thể làm sạch nước thải đến mức có thể uống được. Thiết bị lọc nước quang xúc tác mới khá đơn giản và hiệu quả, có thể lọc tới 3 tấn nước trong 1 ngày. Các vật liệu quang xúc tác hiệu quả và sạch sẽ đã thu hút được sự chú ý mạnh mẽ trong kỷ nguyên tiết kiệm năng lượng.