實驗室自動化技術始于20世紀80年代的日本，Masahide Sasaki博士首先提出了系統化的概念用以描述新一代實驗室分析儀器的特點，并于1981年在日本高知(Kochi)醫學院應用標本傳送系統和自動控制技術建立了第一個實驗室自動化系統，檢驗人員只需將處理后的標本放入傳送帶，分析儀器就可根據檢測項目自動從傳送帶上取到待測樣品進行檢測。當時，人們相信未來的實驗室一定可以實現“無人化”的全機械化實驗室，就把這樣的系統命名為全實驗室自動化系統(TLA)。
1996年，美國密蘇里州圣路易斯的Quest實驗室在David Hoover領導下，安裝了北美第一臺由日本制造的TLA系統，使得實驗室自動化技術開始在西方迅速發展。此后，著名的紐約Beth Israel醫院、紐約Mount Sinai醫院、荷蘭Leiden大學等相繼引入了TLA系統，這些經典的TLA案例為北美許多大型醫院所研究以提高醫院未來的競爭力。
實現系統化的實驗室或TLA實驗室的數量很難進行統計，這主要對于TLA的實現標準還不明確，有些人以是否具有傳送帶為統計標準，而不考慮傳送帶是否與分析儀器直接連接； 還有人強調，TLA必須在某一診斷領域(如血液學檢查)實現分析前和分析后處理過程的自動化； 還有人認為，TLA系統必須嚴格限制在同一廠家產品的互聯。