Bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis im Jahr 1868 bemerkte der Astronom Pierre Janssen leuchtend gelbe Linien in der Chromosphäre der Sonne. Er kam zu dem Schluss, dass die Chromosphäre gasförmig ist und in Abwesenheit einer Sonnenfinsternis untersucht werden kann. Andere Astronomen begannen, die Chromosphäre und die gelben Linien zu studieren, darunter Pierre Lockyer, der die Wellenlänge der Linien maß und feststellte, dass seine Ergebnisse auf ein zuvor unbekanntes Element hinweisen. Er nannte das Element Helium, abgeleitet vom griechischen Wort helios, was Sonne bedeutet.
Während Historiker Janssen und Lockyer die Entdeckung von Helium zuschreiben, waren Sir William Ramsay, ein schottischer Chemiker, sowie zwei schwedische Chemiker, die unabhängig von Ramsay arbeiteten, Nils Langlet und Per Theodor Cleve, die ersten, die es in der Labor. Die Forscher behandelten Clevit, ein uranhaltiges Erz, mit Säure, um Helium zu produzieren. Lockyer und andere Forscher bestätigten, dass das produzierte Gas ein neues Element war, als sie die gelben Spektrallinien maßen, die das isolierte Gas produzierte, wenn es Licht ausgesetzt wurde. Sie fanden heraus, dass die Linien eine Wellenlänge von 587,49 Nanometern hatten, was sich von der anderer bekannter elementarer Gase wie Wasserstoff unterschied.
Obwohl Helium auf der Erde nur in Spuren vorhanden ist, wird es ständig durch den Zerfall radioaktiver Elemente produziert. Dieser Zerfall erzeugt Alphateilchen, die zu Heliumatomen werden, wenn sie Elektronen einfangen.