维生素D的发现是人们与佝偻病抗争胜利的结果。早在1824年，人类就发现鱼肝油可在治疗佝偻病中起到重要作用。

1913年，美国科学家Elmer McCollum和Marguerite Davis在鱼肝油里发现了一种物质，起名叫“维生素A”，后来，英国医生Edward Mellanby发现，喂了鱼肝油的狗不会得佝偻病，于是得出结论：维生素A或者其协同因子可以预防佝偻病。

1918年，英国的梅兰比爵士证实佝偻病是一种营养缺乏病，但他误认为是因缺乏维生素A所致的。1921年Elmer McCollum使用破坏掉鱼肝油中维生素A做了同样的实验，结果实验组与对照组没有明显的差异，这说明抗佝偻病并非维生素A所为，而是因另一种营养素缺乏所致，他将其命名为维生素D，即第四种维生素。

1930年哥廷根大学的A. Windaus教授首先确定了维生素D的化学结构，1932年维生素D2的化学特性在经过紫外线麦角醇得到后被阐明，而维生素D3的化学特性直到1936年才被确定。

传统理论认为，维生素D的生理功能包括：促进小肠上皮细胞对钙、磷的吸收，从而提高机体对钙、磷的吸收率，使血钙和血磷水平达到饱和；动员骨钙进入血液，并促进钙在骨骼中沉积，从而促进生长发育和骨骼钙化，维持牙齿健康；此外，还能促进肾小管对钙、磷的重吸收。

维生素D的最新研究进展包括：调节免疫，防治自身免疫性疾病；发挥抗炎作用；对心血管系统具有重要作用；对胰岛素敏感性和胰岛β细胞功能也具有重要作用。