冷凍治療的歷史可追溯到3500年前，當時有學者應用冷凍方法治療皮膚病。但現代冷凍醫學的建立，則是最近幾年的事。因此，超低溫冷凍消融術是一門既古老又年輕的醫療技術。
19世紀后期，低溫學領域有幾項重要發現，包括將純氧、空氣和氮氣液化絕熱膨脹系統，能儲存和處理液化氣的真空瓶，以及應用Joule-Thomson 效應產生持續液化氣體流，這些均促進了冷凍療法的發展。
20世紀40年代初，氫、氦和氮液化獲得成功。1950年首先將液氮應用于臨床，直接涂布于病灶，治療各種皮膚病。
20世紀60年代以前，用于冷凍治療的設備治療深度僅有幾毫米，因此主要應用于治療皮膚和婦科領域一些淺表性病變，臨床學家也做了不少有關冷凍的研究，但主要是研究冷凍組織的功能變化，而非研究治療性應用。
20世紀60年代，冷凍器械和設備得到改良與發展。一種冷凍治療探針制備成功，可對體內深部組織進行控制性冷凍，相繼應用于治療多種疾病,包括肛腸疾病、子宮疾患、神經系統疾病、前列腺疾病、骨關節疾病以及皮膚疾病等。
到了20世紀80年代，冷凍治療進一步受到關注，這主要歸功于冷凍器械和設備的改良與發展。在此期間，一種能循環致冷源的導管制備成功；酒精混合物和氟利昂被作為致冷原應用于臨床治療。有力地促進了冷凍治療的發展。他們制備了一種冷凍治療探針，用其可以準確地冷凍腦組織內病灶。這種探針實際上是后來各種液氮冷凍探針的原型。探針由3根長同心管構成，內層管作導管，讓處于壓縮狀態的液氮流向探針頂端；內層管和中層管之間有間隙，用作氣態氮從探針頂端回流的途徑；外層管和中層管之間間隙為真空絕緣層，以保證液氮流向探針頂端時不會受熱作用而氣化；探針頂端有一“室”，液氮從內層管流向該“室”內后，在此氣化，大量吸收周圍組織熱量，使周圍組織得以冷凍。用這種冷凍探針可對體內深部組織進行控制性冷凍。
真正“現代”冷凍治療的建立開始于20世紀90年代末，主要歸功于下列兩方面的進展：影像技術與新的冷凍設備。由于超聲、CT的廣泛應用，在影像技術的監測與引導下，可準確插入冷探針，實時觀察冷凍的進程，精細控制冷凍范圍，從而保證有效地冷凍靶組織，而不損傷或最大限度減少損傷正常組織。直腸超聲和手術超聲探頭的問世與應用，有力地促進了冷凍在肛腸疾病、直腸腫瘤治療中的應用。近年來磁共振（MRI）應用于冷凍治療的監測，使冷凍治療更顯示了微創化、靶向化的優勢。
20世紀90年代，隨著影像技術以及新的冷凍設備的發展，現代冷凍治療學逐步建立。液氮冷凍系統和氬氦冷凍系統代表了冷凍治療兩個重要發展階段。氬氦冷凍系統的應用將肛腸疾病、直腸腫瘤微創治療提高到新的水平。
冷凍療法已廣泛應用于肛腸疾病、宮頸糜爛、直腸腫瘤，可在手術中、內鏡下或經皮途徑進行。冷凍治療的病種從前肛腸疾病、宮頸糜爛、直腸腫瘤擴展到列腺癌、肝、肺、腎、乳腺、子宮、卵巢、骨、皮膚以及各種軟組織的良惡性腫瘤。