La coupole à encorbellement est connue dès l'antiquité mycénienne (tholos) : trésor d'Atrée (-1250).
La coupole est présente dans l'architecture romaine : salles octogonales de la Domus Aurea (64) et de la Domus Augustana (92), Panthéon de Rome (125), pavillon des jardins de Licinius (temple de Minerve Medica, vers 300). Elles se sont également répandues à Constantinople (salle hexagonale du palais d'Antiochos, 416-418).
Dans l'architecture byzantine, la coupole est associée à l'église à plan centré (église de Saints-Serge-et-Bacchus, Sainte-Sophie, VI siècle). Les Byzantins innovent par ailleurs en introduisant la coupole sur pendentifs.
Dans l'architecture romane, la coupole apparaît fréquemment dans certaines régions. Le sud-ouest de la France compte ainsi une soixantaine d'églises du XII siècle dans lesquelles une coupole hémisphérique coiffe chaque travée, comme les cathédrales Saint-Front de Périgueux (terminée en 1173) et Notre-Dame du Puy-en-Velay. Une coupole elliptique sur trompes surmontant un tambour à galerie naine apparaît au premier quart du XII siècle à la croisée du grand transept de l'abbatiale de Cluny. Les églises romanes à coupoles sont également fréquentes dans les Pouilles (cathédrale Saint-Conrad de Molfetta). Une troisième région où les coupoles sont nombreuses est l'Espagne, où se développe le cimborio (corps cylindrique ou octogonal coiffé d'une coupole). On retrouve des cimborios dans la vieille cathédrale de Salamanque (1150-1220), dans la cathédrale de Zamora (1153-1174 environ) et la collégiale de Toro (1160-1240).
On trouve d'autres exemples de coupoles romanes dans le dôme de Pise (1063-1350), qui comporte une coupole elliptique d'inspiration orientale, la cathédrale de Spire, dont la coupole date du roman tardif, l'église Saint-Jean-des-Ermites (à partir de 1142) et la chapelle du palais des Normands (1132-1143) de Palerme, dont les coupoles témoignent de l'influence de l'architecture arabe. Notons également la présence de coupoles dans la basilique Saint-Marc de Venise (1063-1094), qui se rattache cependant bien plus à l'architecture byzantine qu'à l'architecture romane.
Dans l'architecture arabo-musulmane, l'utilisation de la coupole comme mode de couvrement est très répandue principalement dans les édifices religieux comme les mosquées et les mausolées. Ainsi, la coupole côtelée du mihrab de la Grande Mosquée de Kairouan représente l'une des plus anciennes et des plus remarquables coupoles sur trompes de l'art musulman.
La coupole réapparaît dans l'architecture occidentale à la Renaissance : Filippo Brunelleschi y recourt à Santa Maria del Fiore (1418-1438) et dans la chapelle des Pazzi à la basilique Santa Croce de Florence (1430-1444). À Santa Maria del Fiore, Brunelleschi s'inspire directement de l'architecture antique (coupole du Panthéon de Rome) : la coupole est construite en se servant d'échafaudages mobiles, plutôt que de cintres comme le voulait la tradition médiévale. Pour résoudre le problème de la poussée, il place les briques en chevron et imagine un système de double calotte.
