Den mexikansk-schweiziske turbiningenjören Heinrich Zoelly tog år 1912 patent på en eldriven värmepump med marken som energikälla, och det kan sägas vara avstampet för geoenergins utveckling i modern tid. Idag finns det över två miljoner geoenergisystem med eller utan värmepump, i drift över hela världen, och utbyggnadstakten är ökande.
Fram till 1970-talet gick utvecklingen av geoenergin långsamt. Amerikanen Robert C Webber skapade det första direktexpansionssystemet med geoenergi – 152 meter kopparslingor till 2 meters djup – under 1940-talet. I Kina började akvifärlager utvecklas för att lagra vinterkyla till sommarhalvåret. Vid 1980-talets mitt hade Shanghaiområdet närmare 500 sådana system i drift, varav 90% försåg byggnaderna med både kyla och värme.
1970-talets oljekris gav utvecklingen av geoenergi fart. År 1974 konstruerade österrikaren Jürg Rechsteiner en 70 meters borrhålskollektor i sand, och ungefär samtidigt anlades akvifärlager i USA och Nederländerna. Vid Lawrence Berkeley Laboratory i USA startade 1978 utgivningen av ett nyhetsbrev om energilagring i mark, och tre år senare hölls den första forskningskonferensen om geoenergi i Seattle.
I Sverige byggdes det första borrhålslagret i Sigtuna 1978 – det så kallade Sunstore-projektet. Det försåg ett större enfamiljshus med värme på helårsbasis och bestod av 42 solvärmda borrhål. Sverige var ett av länderna som var mycket aktiva inom utvecklingen av geoenergin på 1980- och 1990-talet. Utvecklingen av de matematiska modellerna för geoenergi i Per Eskilsons avhandling 1987 och Göran Hellströms avhandling 1991 fick avgörande betydelse.
Under 1980-talet gjordes försök att lagra hetvatten i bergrumslager. Ett mindre antal sådana exempel finns i världen, bland annat de två första bergrumslagren som byggdes i Avesta och Lyckebo.
Världens första storskaliga borrhålslager för lagring vid hög temperatur byggdes vid Luleå tekniska universitet år 1982. Värmelagret som bestod av 120 hål och var anslutet till fjärrvärmenätet var i drift 1983-1990. Trots att tekniken var väl fungerande har intresset för högtemperaturlager varit begränsat fram till nyligen, då en större kopia av Luleålagret har tagits i drift i Emmaboda.
Under 1990-talet var aktiviteten inom geoenergiområdet stor inom International Energy Agency (IEA), och Sverige tog en mycket aktiv del i detta arbete. Flera framgångsrika projekt drev på utvecklingen och skyndade på spridningen av tekniken till nya länder. I Sverige byggdes flera större geoenergianläggningar i främst södra och mellersta Sverige. Frikyla med bergborrhål slog igenom som en robust, energisnål och underhållsfri kylteknik för telekommunikation.
Geoenergi är idag en etablerad teknik, både för enfamiljshus och större fastigheter. I Sverige fanns år 2012 ca 450 000 geoenergianläggningar.
