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천연섬유는 선사시대부터 직물의 원료로 사용되어왔다. 천연섬유가 사용된 것을 보여주는 가장 오래된 증거는 스위스 호상 거주자들의 유적지(BC 7~6세기)에서 발굴된 아마포와 모직물에서 찾을 수 있다.

선사시대 사람들은 여러 가지 식물성 섬유들도 사용했다. 가장 오래된 섬유작물로 여겨지는 대마는 동남아시아가 원산지이며 여기에서 중국으로 퍼져갔다. 중국에서의 대마 경작에 대한 기록은 BC 4500년경까지 거슬러 올라간다. 아마의 실을 잣고 직포를 만드는 기술이 이집트에서는 이미 BC 3400년경 매우 발달해 있었는데, 이로 보아 아마의 경작은 그보다 훨씬 전부터 이루어진 것으로 추정된다.

BC 3000년경에 인도에서 면사를 잣았다는 기록이 있다. 견사와 견직물의 생산은 고도로 발전된 중국문화에서 시작되었다. BC 2640년경에는 생사를 만들어내기 위해 누에를 치는 방법이 고안·발전되었고, 누에고치에서 견사를 뽑아내는 기술이 등장했다(→ 양잠).

교통과 통신이 발전하면서 특정지역에만 한정되어 있던 직물의 생산기술이 생산된 직물과 함께 여러 나라로 퍼져나갔으며, 각 지역에서 그곳의 수요와 능력에 따라 변용되었다. 새로운 섬유작물들도 발견되어 그 이용이 확대되었다. 18, 19세기의 산업혁명으로 여러 가지 천연섬유들을 가공하는 기계들의 발명이 촉진되었으며, 그 결과 섬유의 생산성이 매우 높아졌다.

레이온 같은 재생 셀룰로오스 섬유(셀룰로오스 물질을 용해시켜 불순물을 제거한 다음 다시 뽑아내서 만드는 섬유)가 등장하고 뒤이어 나일론 등의 순합성섬유가 발명됨으로써, 직물의 제조나 기타 공업용도에서 천연섬유가 차지하던 독점적인 위치가 흔들리게 되었다. 여러 가지 특성들을 가지고 있는 다양한 합성섬유들은 과거 천연섬유가 차지하고 있던 시장을 점차 파고 들어가 지배하기에 이르렀다.

이에 따라 천연섬유에 대한 집중적인 연구가 필요해졌다. 연구들을 통해 산출량이 많은 새롭고 우수한 종자들을 키워냄으로써 생산성을 향상시키는 한편, 가공방법을 개량하여 실이나 직물이 가지는 성질들을 변형시키면서 천연섬유의 총생산량이 증대되었다. 그러나 생산에 필요한 시간이 짧고 가격도 싼 인조섬유에 의해 천연섬유의 실제 시장점유율은 줄어들었다.