En 1995, NVIDIA sort sa première puce : la NV1. Elle est conçue pour la console Saturn de Sega. Cette puce aura un succès très mitigé. Son côté « tout en un » d'abord (chip 2D/3D « potable », émulation sonore et contrôleur de pad Sega). Son côté dédié à Windows 95 ensuite. Mais plus profondément, c'était la technologie de la puce qui posait problème. Tout d'abord, le bus PCI bridait la carte, qui ne pouvait pas donner toute sa puissance. Ensuite, la technologie spécifique, le Quadratic Texture Map, une sorte d'optimisation pour la 3D. Cette optimisation demandait une programmation spécifique, programmation qui ne sera jamais véritablement adoptée car la société manquait de notoriété à cette époque.
La NV2 n'a jamais vu le jour pour une raison très simple : cette puce étant basée elle aussi sur le QTM, NVIDIA préfère l'abandonner pour se consacrer directement à la génération suivante.
En automne 1997, sort la RIVA 128, son nom de code est NV3. Pour beaucoup, il s'agit de la première véritable carte du constructeur. Cette carte tient ses promesses, et de nombreux OEM se décident à utiliser cette carte, attirés par l'esprit tout en un qui rebutait sur la NV1. Malgré tout, NVIDIA restait bien derrière 3dfx et ATi.
En avril 1998, la sortie de la RIVA 128 ZX propulse NVIDIA sur le devant de la scène. Cette carte propose le double de la mémoire de sa petite sœur et un AGP 2×.
En septembre 1998, NVIDIA sort la Riva TNT qui, malgré des annonces phénoménales, ne parvient pas à détrôner 3dfx et sa Voodoo 2. Il s'agit d'une période confuse dans le domaine de la 3D, avec des problèmes aussi chez ATi, qui ne parvient pas à sortir ses cartes dans les délais et aux performances annoncées.
La TNT 2 arrive au printemps 1999 suivie à l'automne de la même année par la GeForce 256, qui fut la première carte vidéo grand public à pouvoir prendre en charge l'intégralité des calculs graphiques.
Au printemps 2000, c'est au tour de la GeForce 2 GTS d'apparaître. À l'automne 2000, une déclinaison d'entrée de gamme et une très haut de gamme de la GeForce 2 sortent, les GeForce 2 MX et les GeForce 2 Ultra.
NVIDIA a alors frappé suffisamment fort pour écraser tous ses concurrents et rachète 3dfx le 16 décembre 2000.
En 2001, ATi sort sa Radeon 8500. NVIDIA ne réplique qu'avec une maigre évolution de son N20 (GeForce 4), grâce à quelques optimisations. Néanmoins, NVIDIA parvient à conserver son leadership grâce aux problèmes d'ATi avec les drivers et une renommée bien plus forte à l'époque.
La fin de l'année 2002 et l'année 2003 est une période difficile pour le constructeur. Son NV30 promis n'arrive qu'en retard de plusieurs mois tandis qu'ATi inonde le marché avec ses cartes Radeon 9500 et 9700. Pour tenter de combler son retard, la société tente de sortir des évolutions annoncées comme telles. Il s'agit des chips NV28, destinés aux Ti et des NV18, destinés aux Mx. Ces évolutions consistent simplement en un AGP 8×.
Le NV30 aura pour finir énormément de retard. Il ne sortira qu'au début de l'année 2003 et ne répondra absolument pas aux attentes des consommateurs. NVIDIA tentera de corriger le tir en oubliant rapidement les GeForce FX 5800 pour se concentrer sur le NV35, une évolution plus en phase avec les tendances de l'époque. Cela donnera les GeForce FX 5900 et 5700.
On peut affirmer que la génération NV3x aura été un échec technique et, dans une moindre mesure, commercial pour la firme au caméléon.
En avril 2004, NVIDIA lance la gamme GeForce 6. Les performances sont environ deux fois supérieures à celle de la génération précédente et vont permettre à NVIDIA de revenir dans la course. Il ne s'agit néanmoins que d'un paper launch et on ne commencera à trouver des GeForce 6800 GT et Ultra en quantité qu'à l'automne 2004. C'est à l'automne que sortiront les modèles de milieu et d'entrée de gamme de la génération GeForce 6, les 6600 GT, 6600 et 6200, bien plus accessibles au commun des mortels.
Fin 2004, NVIDIA a annoncé le retour d'une technologie mythique : le SLI, permettant d'augmenter les performances graphiques en associant deux cartes graphiques certifiées NVIDIA SLI dans un même ordinateur. Censé doubler les performances, il permet néanmoins un apport non négligeable et est présenté comme un moyen d'améliorer à faible coût les performances de sa machine. Le principe serait d'acheter une carte graphique SLI avec le PC puis d'en doubler au bout de quelques mois les performances en achetant une deuxième même exemplaire de cette carte graphique à plus faible prix. Dans les faits, les performances sont surtout augmentées d'environ 50 à 80 %, ce qui réserve cette solution à une classe tout de même aisée.
Au cours de l'E3 en mai 2005, NVIDIA a annoncé officiellement qu'il équiperait les PlayStation 3 de Sony en processeurs graphiques. Nommé RSX (Reality Synthetizer) et annoncé aussi performant que deux GeForce 6800 en SLI, les initiés peuvent probablement se faire une idée des performances de la puce en regardant celles de la GeForce 7800 GTX. Les caractéristiques techniques et les performances sont étonnamment proches de ce qui fut annoncé à l'époque pour le GPU de la PS3, ce qui laissa fortement penser que tout était prêt du côté du GPU de cette console nouvelle génération (contrairement à d'autres composant comme le "Cell", le Processeur conçu conjointement par IBM, Sony et Toshiba).
Le 14 décembre 2005 NVIDIA annonce le rachat et la fusion de ULi Electronics Inc., pour environs 52 M$US, afin de renforcer sa division chipsets.
Depuis novembre 2006, NVIDIA a sorti une nouvelle génération de cartes vidéos, nommées GeForce 8. Ce sont les premières cartes graphiques à prendre en charge DirectX 10 et leur architecture se rapproche réellement d'un énorme processeur parallèle et pipeliné. À tel point que certaines descriptions techniques laissent penser que, "oui, finalement, ça fait aussi de la 3D si vous le lui demandez". Les performances sont au moins deux fois supérieures à la génération précédente, si ce n'est plus avec le modèle 8800 Ultra.
Depuis avril 2008, la firme au caméléon lance sa nouvelle gamme de cartes vidéos, nommées GeForce 9.
Depuis avril 2010, la GTX 480 (suivi de sa petite soeur la GTX 470, puis des GTX 465 et GTX 460) est maintenant la carte mono coeur la plus puissante du marché. Cependant ATI garde la carte la plus puissante du moment avec la radeon 5970 double GPU.
De nos jours, NVIDIA et ATi prétendent tous deux fournir la solution la plus performante sur le marché des GPU. Pour NVIDIA, avec le Quad-SLI. Le Quad SLI consiste à coupler quatre GeForce (ou désormais deux GeForce GTX 295). La GTX 295 étant en fait une carte dotée de deux GPUs. Cependant le Quad-SLI est concurrencé par les cartes ATi en CrossFire, de plus en plus performantes. Il va sans dire que NVIDIA et ATi se livrent une guerre sans merci pour le contrôle du marché des cartes graphiques dédiées.