El origen de la protonterapia es el descubrimiento del proton. Ernest Rutherford lo descubrió a principios del siglo XX, cuando produjo una reacción nuclear que condujo a la primera división del átomo en la que aparecieron los protones. Le quiso poner por nombre protón, basado en la palabra griega protos que significa primero. 

Luego, en 1930 el físico estadounidense Ernest O. Lawrence inventó el ciclotrón, con el que descubrió que con él se puede acelerar el protón  a una energía suficientemente alta para tratar el cáncer. En 1939 ganó el Premio Nobel de Física por este trabajo. 

En 1946, el Dr. Robert Wilson fue el primero en  proponer el uso de protones como tratamiento para el cáncer. Esta idea la planteó en un artículo que escribió mientras estaba en el Departamento de Física de la Universidad de Harvard. Ahí explicó la curva dosis-profundidad que caracterizan a los protones y los comparó con fotones o rayos X. Lo que describía era que los haces de partículas de protones depositan su energía cuando el haz entra en el cuerpo en ruta hacia el tumor: primero se libera una cantidad menor de energía y luego se libera una cantidad mucho mayor de energía del haz al final de su camino (pico de Bragg) y luego se detiene por completo. Es por esto que al Dr. Wilson se le considera “el padre de la protonterapia”.