自上世纪30年代初第一台天然气发动机诞生至今，先后经历了3次大发展：首次大发展出现在第二次世界大战后，石油燃料十分匾乏，大都应用于战争中，为了解决燃料应用问题，此时人们想到了天然气燃料，因此固定式内燃机上大量使用天然气燃料，并且一部分车用内燃机也是用天然气，但是由于天然气储存和携带不方便，限制了其发展，在随后的三四十年内发展缓慢。

第二次大发展是在上世纪的七十年代中期，中东战争和石油危机爆发，使得石油价格暴涨，因此美国、西欧各国及日本等石油进口大国的用油成本急剧增加，另外世界上主要的石油输出国联合起来控制石油的生产、价格；使得这些国家认识到能源不能过分依赖石油，能源的多元化战略开始付诸实施。天然气此时再次被重视起来，由于其燃烧后基本不排放黑烟，被称为“绿色能源”，人们初步认识到其环保价值，天然气发动机获得了再次发展的机会。

第三次快速发展是在上世纪末和本世纪初，全球石油价格持续上涨，加上发展中国家逐步开始工业化进程，因此对能源的需求量急剧增加，从而导致国际上能源的供需矛盾日益突出，因此世界上主要发达国家的政府都大幅度的增加了对发动机代用燃料的开发和扶持力度，发动机的代用燃料技术取得了显著的进步。

近年来，世界上众多国家，例如美国、德国、日本、韩国、泰国等都相继制定了天然气动力应用的发展规划。我国相继实行了“清洁汽车”、“十城千辆”等政策，大力推广新能源汽车，使得天然气发动机在城市公交、出租车上得到的广泛的应用我国对天然气发动机的研发工作起步较晚，从上世纪八十年代开始，但发展迅速，尤其是全国开展“清洁汽车”行动后。天然气发动机未来仍将保持高速发展的态势。