Trong khi quan sát nhật thực vào năm 1868, nhà thiên văn học Pierre Janssen đã nhận thấy các vạch màu vàng sáng trong sắc quyển của Mặt trời. Ông kết luận rằng sắc quyển là thể khí và nó có thể được nghiên cứu trong trường hợp không có nhật thực. Các nhà thiên văn học khác bắt đầu nghiên cứu về sắc quyển và các vạch màu vàng, bao gồm cả Pierre Lockyer, người đã đo bước sóng của các vạch và nhận ra phát hiện của mình chỉ ra một nguyên tố trước đây chưa được biết đến. Ông đặt tên cho nguyên tố là heli, từ tiếng Hy Lạp helios, có nghĩa là mặt trời.
Trong khi các nhà sử học ghi công Janssen và Lockyer với việc phát hiện ra heli, Sir William Ramsay, một nhà hóa học người Scotland, cũng như hai nhà hóa học Thụy Điển làm việc độc lập với Ramsay, Nils Langlet và Per Theodor Cleve, là những người đầu tiên phân lập nó trong phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu đã xử lý clevite, một loại quặng chứa uranium, bằng axit để tạo ra heli. Lockyer và các nhà nghiên cứu khác xác nhận rằng khí được tạo ra là một nguyên tố mới khi họ đo các vạch quang phổ màu vàng mà khí cô lập tạo ra khi tiếp xúc với ánh sáng. Họ phát hiện ra rằng các vạch này có bước sóng 587,49 nanomet, khác với bước sóng của các khí nguyên tố đã biết khác, chẳng hạn như hydro.
Mặc dù heli chỉ tồn tại ở một lượng nhỏ trên Trái đất, nó liên tục được tạo ra do sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ. Sự phân rã này tạo ra các hạt alpha, các hạt này trở thành nguyên tử heli khi chúng bắt giữ các electron.
