Mặc dù một số khái niệm then chốt của mặt phẳng Descartes được tìm thấy trong các tác phẩm sớm nhất từ thời Hy Lạp cổ đại, các học giả đã ghi nhận Rene Descartes với khái niệm quan trọng về việc áp dụng đại số vào hình học. Descartes đã đưa ra khái niệm số học phân tích hình học bằng cách gán tọa độ cho hai điểm trong một mặt phẳng. Sau khi Descartes công bố lý thuyết của mình, các nhà toán học khác ngay lập tức bắt đầu mở rộng ý tưởng của ông và phát triển mặt phẳng Descartes.
Apollonius của Hy Lạp đã tìm ra những cách thô sơ để giải quyết các vấn đề hình học, và giáo sĩ người Pháp Nicole Oresme ở thế kỷ 14 đã sử dụng các hệ thống tương tự như hệ tọa độ Descartes. Tuy nhiên, phải đến Rene Descartes vào năm 1637, hình học Euclid và đại số mới được thống nhất.
Các học giả đặt tên cho hệ tọa độ sau Descartes; tuy nhiên, nhiều đặc điểm của mặt phẳng Descartes hiện đại đã được các nhà toán học tiếp theo bổ sung. Descartes chỉ làm việc với trục x và trong góc phần tư đầu tiên; cho đến thời điểm đó, khái niệm số 0 và số âm vẫn chưa phổ biến.
Chính Isaac Newton là người đầu tiên vượt ra ngoài việc sử dụng khoảng cách dương. Trong ấn phẩm "Enumerations of Curves of Third Degree", Newton đã đi tiên phong trong việc sử dụng các trục vuông góc bao gồm cả số dương và số âm. Anh ấy thậm chí còn đặt tiền lệ sử dụng x để gắn nhãn trục hoành, y cho trục tung và 0 cho giao lộ.
