Kemajuan teknologi proton sebagai pilihan pengobatan kanker dimulai pada tahun 1940-an. Ide penggunaan proton dalam pengobatan medis pertama kali diusulkan pada tahun 1946 oleh fisikawan Robert R. Wilson, Ph.D. Upaya pertama untuk menggunakan radiasi proton untuk mengobati pasien dimulai pada tahun 1950-an di fasilitas penelitian fisika nuklir, tetapi aplikasinya terbatas pada beberapa area tubuh. Pada akhir tahun 1970-an, kemajuan pencitraan yang dipadukan dengan pengembangan komputer canggih dan peningkatan teknologi akselerator dan pemberian pengobatan membuat terapi proton lebih layak untuk aplikasi medis rutin, seperti pengobatan kanker.
Baru dalam beberapa tahun terakhir ini dimungkinkan untuk mengembangkan fasilitas sinar proton bersama dengan pusat-pusat medis yang sudah mapan. Awalnya, mesin terapi proton dirancang sedemikian rupa sehingga sinar proton sempit yang muncul dari nosel kemudian diperlebar (dihamburkan) dan dibentuk agar sesuai dengan bentuk tumor, dengan aksesori yang dibuat khusus (kolimator dan kompensator) yang harus dipasang pada nosel. Ini disebut terapi proton yang dihamburkan secara pasif (PSPT). Mesin-mesin sebelumnya juga hanya memiliki sinar-X yang ditempatkan tegak lurus satu sama lain untuk memberikan panduan gambar sehingga hanya anatomi tulang yang benar-benar dapat diverifikasi.
Selain itu, sebagian besar mesin lama bersifat tetap dan pasien harus diputar atau diposisikan secara berbeda sehingga sinar dapat diarahkan ke tumor melalui berbagai sudut. Namun, kini hal ini telah digantikan oleh terapi proton Pencil Beam Scanning (PBSPT) yang jauh lebih serbaguna dan menghindari aksesori yang rumit dan padat karya yang diperlukan untuk memberikan perawatan. Selain itu, penggunaan panduan gambar dan gantry putar telah membuat pemberian terapi proton jauh lebih efisien dan nyaman bagi pasien dan terapis. Hal ini pada gilirannya membuat terapi proton dapat diakses oleh lebih banyak orang di seluruh dunia.