Embora certos conceitos essenciais para o plano cartesiano sejam encontrados em obras já na Grécia antiga, os estudiosos atribuem a René Descartes o conceito crítico de aplicar a álgebra à geometria. Descartes introduziu a noção de aritmetização da geometria analítica atribuindo coordenadas a dois pontos em um plano. Depois que Descartes publicou suas teorias, outros matemáticos começaram imediatamente a expandir suas idéias e a desenvolver o plano cartesiano.
Apolônio da Grécia encontrou maneiras rudimentares de resolver problemas geométricos, e o clérigo francês Nicole Oresme do século 14 usou sistemas semelhantes às coordenadas cartesianas. No entanto, foi somente com René Descartes, em 1637, que a geometria euclidiana e a álgebra foram finalmente unidas.
Os estudiosos deram ao sistema de coordenadas o nome de Descartes; no entanto, muitas das características do plano cartesiano moderno foram adições por matemáticos subsequentes. Descartes trabalhou apenas com o eixo x e no primeiro quadrante; até então, os conceitos de zero e números negativos não eram comuns.
Foi Isaac Newton quem primeiro foi além do uso de distâncias positivas. Em sua publicação "Enumerations of Curves of Third Degree", Newton foi o pioneiro no uso de eixos perpendiculares que incluíam números positivos e negativos. Ele até abriu o precedente de usar x para rotular o eixo horizontal, y para o eixo vertical e 0 para a interseção.
