十九世纪工业革命的成功促进了社会经济的发展和城市的繁荣，交通工具的机械化和现代化则使得交叉路口作为城市交通的瓶颈日益凸现出来。根据英国学者韦伯思特（Webster V）和柯布（Cobber M）的著作记述，为保证各冲突车流能分时使用交叉路口和减少交通事故的发生，1868年在英国伦敦的威斯敏特街口安装了一种红绿两色的臂板式燃气信号灯，从此揭开了城市交通信号控制的序幕。1918年，纽约街口安装了一种手动的三色信号灯，首次出现了真正现代意义上的信号控制，这也是交通信号控制的雏形。
随着社会的发展，城市车辆不断增多，传统的交通信号灯己不能满足交通控制的需求，交通工程师开始寻求其它工程领域的技术来解决交通信号控制问题，由此带来了交通控制技术的迅速发展。1926年，英国在沃尔佛汉普顿安装了一种结构简单的机械式交通信号机，它通过电动机带动齿轮的机械转动，实现单时段定周期的红绿灯切换，这种机械式的信号机首次实现自动控制，奠定了城市交通信号自动控制的基础。
自动化的交通信号控制系统是由交通信号控制器控制红绿灯的周期变化。早期的交通信号灯通过固定配时方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不太大的交通需求曾发挥过一定的作用。随着汽车工业的发展，交通流量增加，交通流的随机变化性相应增强，单一模式的固定配时方式已不能满足城市交通的客观需求，于是，多时段多方案的信号控制器相应出现，并逐步取代了传统的单一控制模式的机械式控制器。这类控制器在一天的时间里备有几种不同的配时方案，能够按照交通流的变化规律，在不同的时间段选用不同的信号控制方案。当交通流的变化规律比较明显时，这种方式可以获得良好的控制效果。多时段多方案定时控制器在长期的使用过程中不断地改进和提高，至今仍作为单交叉口的一种控制方式广泛应用于城市道路交通控制系统。
由于交通流具有连续运动的特点，特别是当两个相邻交叉口距离很近时各交叉口之间“各自为政”的孤立控制方式势必造成频繁停车和控制效果的下降。在此情况下应考虑采用系统工程的思想进行相邻交叉口的协调控制。1917年，在美国盐湖市开始使用联动式信号系统，把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。1922年，美国休斯顿市建立了一个同步系统，该系统以一个交通亭为中心控制十二个交叉路口，并使用了电子自动计数器。1928年，上述系统经过改进，形成了“灵活步进式”的定时系统，并很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进和完善，发展成为当今的交通信号协调控制系统。
交通信号的控制，从信号机由手动到自动，由固定周期到可变周期，控制方式由点控到线控和面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年的历史。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案选择式信号控制。1964年，加拿大的多伦多市建成了世界上第一个利用计算机进行集中协调感应控制的交通信号控制系统，作为城市交通控制系统发展的里程碑，这一系统使得城市交通信号控制的发展进入了一个崭新的阶段。进入二十世纪七十年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，交通流理论的不断完善，以及交通运输组织与优化理论和技术水平的不断提高，交通管制中心的功能得到增强，控制手段和算法越来越先进，形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统。