世界上最先使用交通信号灯的是英国伦敦。18世纪的工业革命让欧洲各国进入了蒸汽时代，这一时期，英国道路上的主要交通工具是马车，它们在道路上横冲直撞，经常发生交通事故，特别是在议会大厦这一马车密集区域。为了减少事故率，英国的机械师德?哈特从英国中部约克城女子着装习俗受到的启发，发明了红绿灯。来自英国中部约克城的女子身穿红色衣裳的表示已婚，请勿靠近;身穿绿色衣裳的表示未婚，欢迎追求。
1868年12月10日，世界上第一盏交通信号灯，在议会大厦前的十字路口上树立。它灯柱高达7米，只有一盏光源，红绿灯的切换是通过煤气灯罩前的两块红绿玻璃，红绿切换是执勤警察通过牵动皮带轮控制的，这是第一盏用于街道的交通信号灯。不幸的是，这盏独具创意的信号灯始祖只面世了23天就突然爆炸自灭了，当时控制信号灯的警察也因此断送性命。
由于其的安全性得不到保证，城市交通信号灯暂时被取消。直到1914年，美国俄亥俄州克利夫兰市才重新出现了红绿灯。
1914年8月5日，美国交通信号灯公司在盐湖城警官LesterWire发明基础上进行了改进，制作了一套电力信号灯系统，这是人类历史上第一套投入使用的电力信号灯系统。这第一盏电力信号灯被放置在克利夫兰市欧几里得大道东105街的路口，只有红、绿两种颜色，在灯切换之前蜂鸣器会先警告。随后美国纽约、芝加哥等城市，也相继采用了这种交通信号灯。
1918年对红绿灯而言是极为重要的一年。在此之前，都是红、绿二色灯。这一年，第一盏三色灯安装在纽约五号街的一座高塔上。这一年，底特律交通警察威廉·波茨发明了世界上第一盏“红、绿、黄”三色交通信号灯。这种交通信号灯安装于交叉路口中心的信号塔上，信号塔顶四边都装有红、绿、黄三色的圆形投光器。
关于黄灯的出现，还有一个有一个广为人知的传说：黄色信号灯是由中国人胡汝鼎于1927年发明的。
胡汝鼎早年留学美国康奈尔大学、麻省理工学院，1925年在爱迪生任董事长的通用电气公司与麻省理工学院合办的一个班内学习，是爱迪生的学生。胡汝鼎在美国通用电器公司任职员时，有一次在十字路口等绿灯，当绿灯快开启时，一辆急驶而过的汽车擦身而过，他心悸之余想到在红绿灯中间再加上一个黄色信号灯，这一提议也得到了美国政府的肯定与支持，黄色信号灯继而推广到全世界。
中国最早的红绿灯出现在上海的英租界。有资料显示，1923年，上海公共租界就开始在部分十字路口使用机械装置指示车辆停止和前进。同年4月13日，上海南京路安装了两处红绿信号灯。
