Per comprendere l'evoluzione del cinema d'animazione bisogna percorre le tappe principali sullo studio della percezione visiva prima dell'avvento del cinematografo.
I primi approcci risalgono all'antico Egitto ed all'antica Cina con il Teatro delle ombre, mentre nell'antica Grecia Aristotele sviluppò le prime teorie sulla percezione visiva, applicate in seguito da Friar Roger Bacon nel 1214 per la costruzione di alcuni dispositivi per lo spettacolo con giochi di luce e ombra.
Nel 1671 un gesuita di nome Athanasius Kircher mise in pratica le teorie sulla percezione di Giovanni de Fontana e Giovanni Baptista (1589) realizzando la Lanterna magica, primo strumento a proiezione ottica che utilizzava una lente convessa come obbiettivo ed una luce al suo interno per proiettare sulla parete immagini dipinte su lastre di vetro. Ogni lastra di vetro illustrava un fotogramma della storia da narrare e viene considerata come il primo prototipo di proiettore per diapositive.
Col tempo la lanterna magica venne perfezionata grazie alle scoperte scientifiche in campo ottico, tra cui la scoperta della persistenza retinica , dove un'immagine resta impressa più a lungo della sua reale presenza davanti all'occhio umano, dando luogo all'illusione del movimento attraverso la rapida sequenza delle immagini.
Vennero inventati il Taumatropio (1824), lo Stereoscopio (1832), il Fenachistoscopio (1833), lo Zootropio (1834), lo Stereofantascopio e Stereo-cinema(1852), il Cineografo (1868), il Prassinoscopio, il Teatro Ottico (1876), ed infine il Kinetoscopio (1891) fino ad arrivare al Cinematografo inventato dai fratelli Lumière nel 1984.
Queste invenzioni trovarono il loro principale utilizzo all'interno delle fiere popolari, anche se un largo uso fu quello della divulgazione religiosa, storica.
Dal 1860 alcune grandi industrie iniziarono a produrre le prime Lanterne magiche per la grande distribuzione impiegando i migliori miniaturisti dell'epoca per realizzare i disegni sui vetrini da proiettare.
Durante l'età Vittoriana la Lanterna magica fu utilizzata nei salotti borghesi per rappresentazioni grottesche chiamate phantasmagoria, mentre durante il diciannovesimo secolo nacque il Galante show, uno spettacolo itinerante che grazie all'uso di lanterne differenti creava effetti multipli di illusione.
Le primissime animazioni pre-cinema, seppur rudimentali conservarono un impronta fiabesca e molto più popolare, diversificandosi dal cinema che fu caratterizzato da un taglio molto più elitario attirando un pubblico inizialmente borghese.
Solo con l'uscita da parte di Emile Cohl che nel 1908 realizzò Fantasmagorie, l'animazione iniziò ad uscire dal mondo delle fiere e dei circhi popolari.
Fantasmagorie fu un primissimo tentativo di animare una sequenza di illustrazioni, per un totale di 700 disegni ed appena due minuti di proiezione; un notevole traguardo per quel periodo.
Precedentemente James Stuart Blackton realizzò Humorous phases of funny faces nel 1906, considerato il primo cortometraggio interamente in tecnica stop motion.
Artisti iniziarono a sperimentare nuove linguaggi visivi, le loro opere si diffusero all'interno dei circoli e dei salotti artistici, dando finalmente origine alle prime tecniche del cinema animato.
In seguito le tecniche e gli strumenti si perfezionarono fino ad arrivare alla nascita dei primi e veri cartoon ed alla recente animazione 3D tipica del cinema odierno.