刀具材料的發展史，實際上就是不斷提高刀具材料耐熱性能的過程。
18世紀中葉，歐洲出現工業革命后，采用碳素工具鋼為刀具材料，其成分與現代的 T10、T12相近，其切削溫度在200~250℃，加工普通鋼材的切削速度為5~8m/min，切削鑄鐵的速度為3~5m/min。1861年，英國的羅伯特·墨希特(Robert Mushet)發明了含鎢的合金工具鋼，能承受 350℃的切削溫度，切削速度提高至8~12m/min。目前來說，基于碳素工具鋼和合金工具鋼的刀具材料已基本不用。
1898年，美國的機械工程師泰勒(Winslow Taylor)和冶金師懷特(Maun White)研制成功了高速工具鋼，切削普通碳素鋼的切削速度提高至25~30m/min。隨后，經過不斷改進材料成分，耐熱性能提高至500~600℃，加工鋼的切削速度提高至30~40mmin，切削鑄鐵的速度達15~20m/min。高速工具鋼是目前為止仍然在使用的金屬切削刀具材料之一，并不斷得到改進，而且制備方式出現了變化，如粉末冶金高速工具鋼和涂層高速工具鋼等。
1925年，德國人史律泰爾發明了硬質合金，初期的WC-Co合金耐熱性達800℃加工鑄鐵的效果較好，切削速度達到了40m/min 以上，但加工碳素鋼的壽命較低。1931年發明了WC-TiC-Co合金，耐熱性達到了900℃以上，加工碳素鋼的切削速度達到了220m/min，二戰中后期，隨著使用范圍的不斷擴大，出現了添加熔點更高的TaC等的硬質合金WC-TiC-TaC(NbC)-Co合金。20世紀50年代，出現了以TiC為基本成分的TiC-Ni-Mo合金，耐熱性達到了1000~1200℃。目前為止，硬質合金刀具材料仍然是數控加工刀具的主流材料之一。
人類探索新型刀具材料的步伐永不停止，新型工程材料的出現需要研制與其相適應的刀具材料，新型機床制造技術為耐熱性更高的刀具材料應用提供了可能，新型超硬刀具材料不斷出現，如下所述。
1938年德國古薩公司首先取得刀具陶瓷的專利。但直到20世紀50年代初陶瓷才作為切削刀具被正式使用并逐步商品化。最初的陶瓷刀具主要成分為氧化鋁(AL0)其耐熱性在1200℃以上，由于其抗彎強度很低，沖擊韌度和可靠性差而沒有被推廣使用。之后，出現了氮化硅SiN,陶瓷基體材料，并通過顆粒彌散、相變、晶須和協同增韌等方式改性陶瓷刀具材料，出現了Al203-TiC、Al203-TiN、Al203-TiC-ZrO2以及 Si3N4-TiC、Si3N4-TiN、Si3N4-TiC-ZrO2等混合陶瓷材料。
天然金剛石(Natural Diamond，簡稱ND)是人類目前已發現的最硬物質，其硬度高達10000HV，主要用于制備車削刀具，但其價格較高。隨后，出現了人造金剛石刀具，如人造聚晶金剛石(Artificial Polycrystalline Diamond，簡稱PCD)、化學氣相沉積涂層金剛石刀具(Chemical Vapor Deposition Diamond Coated Tools，簡稱 CVD)等。金剛石材料的耐熱性稍差，在700~800℃，但其可以刃得非常鋒利，主要用于有色金屬，如鋁、高硅鋁合金、銅、錳、鎂、鉛、鈦等以及硬紙板、木材、陶瓷、玻璃、玻璃纖維、花崗巖、石墨、尼龍、強化塑料等非金屬材料的加工。其壽命比硬質合金要提高150倍。
立方氮化硼是硬度僅次于金剛石的第二種人造超硬材料，有單晶體立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，簡稱CBN)和聚品體立方氮化硼(Polyerystalline Cubic Boron Nitride，簡稱PCBN)之分。其熱穩定性好，耐熱性可達到1400~1500℃，比金剛石的耐熱性幾乎高一倍，立方氮化硼(PCBN)刀具主要適合加工各種黑色金屬及其合金材料;最適合于各種淬硬鋼(碳素工具鋼、軸承鋼、模具鋼、高速工具鋼)珠光體灰口鑄鐵(釩鈦鑄鐵)、冷硬鑄鐵、高溫合金(鎳基合金鈷基合金)等材料的加工。
涂層刀具是在強度和韌性較好的硬質合金或高速工具鋼基體表面上(也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物的刀具。刀具涂層技術是現代切削刀具表面改性的重要途徑。涂層刀具已成為現代切削刀具的標志，在刀具中的使用比例已超過50%，在數控刀具中應用廣泛。涂層的方法有化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD和物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)。涂層材料已由最初單層的TiC、TiN、Al203等進入到厚膜、復合和多元涂層的新階段。刀具涂層技術可提高刀具壽命3~5倍。
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