Se conoce la existencia de esferas celestes desde el siglo III a.C., si bien casi todas ellas se han perdido. Probablemente de ellas han derivado las "esferas armilares", dispositivos compuestos de varios círculos que representan los de la esfera celeste, y en cuyo centro se coloca un pequeño globo que representa la Tierra. Estas esferas fueron muy populares en los siglos XVII y XVIII y se utilizaban para explicar los aparentemente complicados movimientos de los planetas bajo modelos del Universo en que la Tierra tenía una posición central.
Información más precisa se tiene sobre los globos celestes y planetarios construidos a partir del siglo XVII, cuando ya se había afirmado claramente el sistema heliocéntrico propuesto por Copérnico. Así, por ejemplo, en el siglo XVIII se construye el llamado "globo Gottorp", una esfera hueca de 4 m de diámetro, cuya superficie externa era una representación de la esfera terrestre, mientras que la superficie interna representaba el cielo estrellado. Esta esfera, en cuyo interior cabían unas diez personas, se hacía girar alrededor de su eje por medio de un ingenio hidráulico, dando una vuelta completa cada 24 horas. El globo Gottorp era esencialmente un estelario y sólo artificios particulares permitían indicar aproximadamente la posición de los planetas.
Un ingenio parecido se construyó en EE.UU. en 1913: el globo celeste Atwood. Se entraba en él por una abertura practicada en el hemisferio Sur y a través de casi 700 orificios penetraba la luz desde el exterior, simulando las estrellas. Una serie de aberturas permitían representar de forma aproximada la posición de varios planetas, del Sol y de la Luna. Aunque el resultado no fuese del todo satisfactorio y riguroso, se trataba de un auténtico planetario.
La revolución conceptual en la construcción de planetarios se produjo en 1923 cuando, después de diez años de trabajo, el director de la empresa alemana Zeiss, W. Bauersfeld, invirtió el planteamiento seguido hasta entonces: la iluminación debía ser interior y la esfera debía estar inmóvil.
Bajo esta concepción, la semiesfera celeste observable debía ser una cúpula blanca y fija, como una enorme pantalla sobre la que proyectaría los astros y su movimiento una "máquina rotante", relativamente pequeña y situada en el centro geométrico de la semiesfera. Para que los proyectores fueran útiles, toda la sala debía estar en completa oscuridad.
Según esta idea, estaba resuelto el problema de representar el movimiento diario con cualquier velocidad, ya que, mediante simples interruptores eléctricos se podía poner en funcionamiento una pequeña máquina de proyección de poca potencia. Es decir, con suma facilidad se podía disponer de un estelario. Para transformarlo en planetario hubo que desarrollar un complicadísimo sistema de engranajes que permitiera representar los movimientos de los distintos planetas, del Sol y de la Luna.
Sin embargo, el primer modelo carecía de una característica fundamental para utilizarlo en diferentes lugares: no permitía mostrar el cielo a cualquier latitud. Ello hizo que inmediatamente se acometieran los trabajos para resolver este problema, ya que las demandas de este instrumento crecieron rápidamente.
Se diseñó entonces el planetario Zeiss modelo II, inaugurado en 1926 y que permitía la rotación para variar la latitud, podía representar las estrellas próximas al polo Sur y era capaz de rotar sobre el eje de la eclíptica. Este planetario pesaba más de una tonelada, tenía unas 30.000 piezas y albergaba un centenar de proyectores, que permitían mostrar casi 9.000 estrellas, los planetas, el Sol y las fases de la Luna.
Cuando se habla de grandes planetarios se toma como base el modelo II de Zeiss. Reformado por la propia empresa constructora en años posteriores, ha sido dotado con aparatos electrónicos modernos y continuamente está siendo imitado por otros fabricantes que, en general, han intentado simplificarlo para reducir su coste. Pero durante más de 60 años de evolución, la apariencia del proyector Zeiss ha variado muy poco. El instrumento tiene forma cilíndrica en su parte central, donde se encuentran los proyectores para los astros errantes y lleva en los extremos dos semiesferas para proyectar las estrellas de sendos hemisferios celestes. Puede representar con toda rigurosidad el cielo observable en cualquier lugar y en cualquier época, con todos los planetas en su posición exacta.
Pero no acaba aquí la evolución de los planetarios, al menos en lo que respecta a su utilización. Las nuevas tecnologías de la imagen y de la informática han cambiado la concepción de muchos planetarios en los últimos años. La utilización de complejos ingenios cinematográficos de proyección hemisférica, el empleo del láser y el uso de sofisticados ordenadores que manejan inmensas bases de datos y permiten generar imágenes gráficas tridimensionales, ha puesto de manifiesto las dos vertientes, a veces antagónicas, que pueden plantearse en un planetario: la educación y el espectáculo.
En principio, la finalidad esencial de un planetario es la didáctica, pero se puede deducir por lo indicado que el coste de los instrumentos necesarios es muy elevado. Además, hay que disponer de una sala apropiada de un diámetro de 20 a 30 m, capaz de alojar, cómodamente sentados, a 300 ó 400 espectadores. Todo ello ha llevado a la proliferación de verdaderos "teatros espaciales", de indudable éxito comercial pero de dudoso valor educativo. Parece haberse perdido la antigua máxima de que "ningún visitante debería abandonar el planetario sin saber cómo identificar los objetos celestes de mayor interés".
Por todo ello, algunos fabricantes han simplificado drásticamente sus equipos, reduciendo su tamaño y el número de fenómenos astronómicos que permiten observar. De esta forma, actualmente pueden adquirirse planetarios con una cúpula de 3 a 4 m, bajo la que caben de 15 a 20 personas, y que cumplen con la primitiva finalidad didáctica de estos dispositivos. La filosofía que subyace en estos sencillos planetarios es que "no se necesita formar mucho alboroto para atraer gente hacia la majestad y grandeza de una noche silenciosa y estrellada, así que dejemos que las personas se emocionen con la realidad misma; incluso el rasgo más elemental del universo es más impresionante que toda nuestra moderna tecnología audiovisual".