但是在历史上的很长一段时期，人类都没有认识或理解到太阳系的概念。直到文艺复兴时代，大多数人仍认为地球是静止不动的，地球处于宇宙的中心。古希腊的哲学家阿里斯塔克斯曾经推测了日心说体系，但是，直到哥白尼才提出了第一个日心说宇宙的数学模型。1755年，德国哲学家康德首先提出了太阳系起源的星云假说。41年后，法国着名的数学家和天文学家拉普拉斯也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。继星云说之后，又相继出现了“灾变说”、“俘获说”等理论。
15世纪，哥白尼像以往的印度数学与天文学家阿耶波多和希腊哲学家阿里斯塔克斯，以太阳为中心重新安排宇宙的结构，这仍是当时最前瞻性的概念。
17世纪，经由伽利略、开普勒和牛顿等的带领下，人类逐渐接受地球不仅会移动，还绕着太阳公转的事实；此时还出现新的认识，如行星由和支配地球一样的物理定律支配着，有着和地球一样的物质与现象：火山口、天气、地质、季节和极冠。
伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口，太阳的表面有黑子，木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现，发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星，还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。
1705年，爱德蒙·哈雷观测到哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。
1781年，威廉·赫歇尔发现了天王星，这是第一颗被发现的行星。
1801年，朱塞普·皮亚齐发现谷神星，这是位于火星和木星轨道之间的一个小行星，一开始他被当成一颗行星。然而后来发现这个区域内的小天体多达数以万计，导致它们被归类为小行星。
1846年，天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。在1859年，科学家发现水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动（水星近日点进动）。但这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释。
为解释海王星轨道明显的偏差，帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在。在他过世后，它的罗威尔天文台继续搜寻的工作，终于在1930年由汤博发现了冥王星。但是，冥王星是如此的小，实在不足以影响行星的轨道，因此它的发现纯属巧合。
1992年，夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992 QB1，被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群，也就是柯伊伯带，冥王星和冥卫一都是其中的成员。
2005年，米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨宣布发现阋神星，它是比冥王星更大的离散盘上的天体，是在海王星之后绕行太阳的最大天体。
2006年8月24日，第26届国际天文联合会在布拉格举行。会议重新定义行星这个名词，首次将冥王星排除在大行星外，并将其归类为矮行星。被确认的矮行星有五个：谷神星（Ceres）、冥王星（Pluto）、阋神星（Eris）、鸟神星（Makemake）、妊神星（Haumea）。
航天探测：太阳系内所有的行星都已经被人类发射的太空船探访，并进行了不同程度的研究。在有登陆器的情况下，还进行了对土壤和大气的一些实验。
1957年，前苏联发射的斯普特尼克1号是第一个进入太空的人造天体，其成功环绕地球一年。
1959年，美国发射的先驱者6号，是第一个从太空中送回影像的人造卫星。
1962年，水手2号成功环绕金星飞行，成为第一个环绕其他行星的人造物体星。
1965年7月14日，NASA的水手4号成为第一艘飞越火星的飞船，也是第一艘传回火星表面黑白图像的飞船。
1973年，先驱者10号飞越木星，成为探测类木行星的第一艘太空船。
1974年3月29日，水手10号成为第一颗成功环绕水星的人造天体。在三次飞越中，水手10号拍摄到水星接近一半的星球表面，它的表面与月球非常相似。1991年的雷达观测表面，水星的极地区域或许被冰层覆盖。
1976年，海盗1号和海盗2号登陆火星，开始研究火星的岩石结构和土壤模式，并且分析火星大气层的相关信息。
1979年，先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。同年，美国宇航局的旅行者1号飞船发现了木星的巨大星环。从1979年到2007年，包括旅行者2号和尤利西斯号在内的八艘NASA探测器被送往木星，研究其大气层、卫星和星环。
1986年1月24日，NASA的旅行者2号唯一一次飞越天王星，它发现了11颗新卫星，两个新星环和一个比土星更强大的磁场。
1989年，NASA的旅行者2号成为第一个也是迄今为止唯一一个访问过海王星的探测器。
2004年8月3日，NASA发射了水星探测器——信使号。经过三次飞越之后，信使号在2011年3月17日进入水星轨道，开始对水星的构成、核心结构、磁场以及极地材料进行研究。
2014年9月13日，美国国家航空航天局(NASA)召开新闻发布会，宣布37年前发射的“旅行者一号”探测器已经离开太阳系，正在飞向别的恒星。“旅行者一号”同时也是首个冲出太阳系的人类制造的飞行器，在人类的航空航天史上成为一座极具纪念意义的里程碑。
2015年，新视野号拜访冥王星。
2023年，法国国家科学研究中心等机构的科学家，利用水星探测器“贝皮科伦布号”首次飞越水星的数据，发现了太阳系中可能普遍存在的极光机制。
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