Jo 1900-luvun 30-luvulla on löydetty sinkkioksidiin perustuvia fotokatalyyttimateriaaleja. Vuonna 1967 professori Kenichi Honda ja tohtoriopiskelija Akira Fujishima Tokion yliopistosta havaitsivat, että veden elektrolyysi voidaan suorittaa säteilyttämällä titaanidioksidielektrodeja valolla, nimittäin "Honda-Fujishima Effect", joka avasi oven titaanidioksidikatalyysin sovellukselle. Vuonna 1972 Nature julkaisi Fujishiman ja Hondan tutkimuksen fotokatalyysistä veden fotolyysin alalla. Se on avannut uuden luvun fotokatalyyttisessä tutkimuksessa.
Vuonna 1976 Garey et ai. oli edelläkävijä fotokatalyyttien soveltamisessa ympäristönsuojelun alalla käyttämällä fotokatalyysiä pilaavien aineiden hajottamiseen vedessä. Siitä lähtien pääasialliseksi tutkimussuunnaksi on tullut puolijohdevalokatalyyttimateriaalien sovellusalueen laajentaminen biotieteissä ja valoenergian muuntaminen muuksi energiaksi.
Vuonna 2015 japanilainen yritys kehitti uudentyyppisen fotokatalyyttihiukkasen, jonka odotetaan ratkaisevan vesipulan ongelman. Hiukkaset koostuvat zeoliittihiukkasista ja titaanidioksidihiukkasista, jotka sekoittuvat perusteellisesti jäteveteen ultraviolettisäteilyn alaisena, mikä voi puhdistaa jäteveden juomakelpoiselle tasolle. Uusi fotokatalyyttivedenpuhdistuslaitteisto on melko yksinkertainen ja tehokas, ja se voi puhdistaa jopa 3 tonnia vettä yhdessä päivässä. Tehokkaat ja puhtaat fotokatalyyttimateriaalit ovat herättäneet suurta huomiota energiansäästön aikakaudella.