L'histoire de la vanille est associée à celle du chocolat. Les Aztèques, et auparavant les Mayas, agrémentaient de vanille une boisson épaisse à base de cacao. Les Aztèques appelaient cette boisson, destinée aux nobles et aux guerriers, xocoatl. Ils ne cultivaient cependant eux-mêmes ni le cacao, ni la vanille, en raison d'un climat inadapté. Ces denrées de luxe provenaient d'un commerce avec les régions voisines. La connaissance agronomique de la plante qui produit la vanille leur faisait probablement défaut car ils appelèrent l'épice tlilxochitl, ce qui signifie « fleur noire » alors qu'il aurait été plus logique de la nommer « fruit noir ».
Ce sont les Totonaques, occupants des régions côtières du golfe du Mexique autour des actuelles villes de Veracruz et de Papantla, qui produisaient la vanille et en approvisionnaient l'empire aztèque. Selon la légende, la liane de vanille est née du sang de la princesse Tzacopontziza (“Étoile du Matin”), à l'endroit où son ravisseur, le prince Zkatan-Oxga (“Jeune Cerf”), et elle-même furent rattrapés et décapités par les prêtres de Tonoacayohua, la déesse des récoltes. Le prince se réincarna en un vigoureux arbuste et la princesse devint la délicate liane d'orchidée enlaçant tendrement son amant. Les Totonaques appelaient la vanille et l'appellent encore aujourd'hui caxixanath, la “fleur cachée”, ou plus brièvement xanat.
Les Espagnols découvrent la vanille au début du XVIe siècle à l'occasion de leur conquête du continent américain. Rien ne permet de croire que cette épice fut rapportée du passage en Amérique centrale des toutes premières expéditions continentales, notamment celles de Ojeda et de Nicuesa en 1509 ou de Núñez de Balboa au Panama en 1513, car aucun compte rendu n'a jamais été trouvé à ce sujet. Tout laisse en revanche à penser que la connaissance décisive de la vanille est effectivement liée à l'arrivée des Espagnols à Tenochtitlan, l'actuelle Mexico et à la rencontre en 1519 de Hernán Cortés avec l'empereur aztèque Moctezuma II, dont Sahagún décrit les mœurs et en particulier l'usage de la vanille pour parfumer son chocolat. La première référence écrite connue à la vanille, ainsi que la première illustration, figurent dans le Codex de Florence, aussi connu sous le nom de Codex Badianus, écrit par les médecins aztèques Martinus de la Cruz et Juannes Badiano en 1552. Cette référence constitue également la première concernant une orchidée du Nouveau Monde.
Le commerce international ne prend de l'ampleur qu'à partir du XVIIe siècle. La vanille est introduite auprès de la reine Élisabeth d'Angleterre par son pharmacien, Hugh Morgan. Celui-ci en fait parvenir un échantillon à Charles de l'Écluse qui publie en 1605 pour la première fois en Europe une description naturaliste de la gousse en la dénommant Lobus oblongus aromaticus, l'“écale allongée aromatique”.
Pendant plus de deux siècles, aux XVIIe et XVIIIe siècles, le Mexique, en particulier la région de Veracruz, conserve le monopole de la vanille. Les Totonaques demeurent les premiers producteurs mondiaux jusqu'au milieu du XIXe siècle.
Toutes les tentatives de faire produire cette orchidée hors de son aire naturelle d'origine se soldent par des échecs. On ignore en effet jusqu'au XIXe siècle que des abeilles indigènes jouent un rôle fécondateur indispensable à la formation du fruit.
La vanille suscite un véritable engouement en Europe. Elle est notamment de plus en plus appréciée à la cour de France. Sous le charme, Louis XIV décide de tenter sérieusement d'introduire la liane à l'île Bourbon. Les diverses tentatives réalisées sous son règne échouent.
La première pollinisation artificielle du vanillier est réalisée en 1836 au jardin botanique de Liège par le naturaliste belge Charles Morren, puis en 1837 par l'horticulteur français Joseph Henri François Neumann.
Ce n'est cependant qu'en 1841 qu'un jeune esclave réunionnais de douze ans, Edmond Albius, crée le procédé pratique encore utilisé de nos jours. Cette méthode de pollinisation, dont Jean-Michel-Claude Richard tente de s'approprier la paternité, fait de l'île Bourbon (aujourd'hui La Réunion) le premier centre vanillier de la planète quelques décennies seulement après l'introduction de l'orchidée sur place en 1819. À l'abolition de l'esclavage en 1848, on donne au jeune Edmond le patronyme d'Albius, en référence à la couleur “blanche” (alba) de la fleur de la vanille.
La vanille a aussi été longtemps cultivée à la Guadeloupe et à la Martinique ; mais avec le recentrage de l'agriculture sur la canne à sucre et la banane, elle a pratiquement disparu - comme de nombreuses autres espèces autrefois florissantes - pour être remplacée par des importations...
Ce sont les planteurs réunionnais qui introduisent vers 1880 à Madagascar la culture de la vanille. Les premières plantations sont faites sur l'île de Nosy Be. De là, elles prennent ensuite pied dans les régions orientales de la grande île, celles d'Antalaha et de Sambava au climat humide favorable. L'engouement est rapide et la production malgache dépasse les 1 000 tonnes en 1929, soit plus de dix fois celle de La Réunion. Mais le marché manquant de régulation, la vanille connaît cycliquement des crises de surproduction.
Malgré la concurrence d'autres pays tropicaux comme l'Indonésie et l'émergence de nouvelles dynamiques de conquête du marché comme dans l'État du Kerala en Inde, Madagascar conserve toujours aujourd'hui largement son rang de premier exportateur mondial. Madagascar produit 60% de la vanille dans le monde.