其實黑洞的最原始概念早在1783年時，劍橋大學牧師約翰·米歇爾就曾提出過假如太陽的直徑超過原來的500倍，而密度不變，那麼太陽即使發出光也逃不出來。而拉普拉斯在1795年也曾提出過類似的概念。不過真正從時空性質角度闡述的仍然是愛因斯坦的廣義相對論，但其實黑洞也不是愛因斯坦所預言，只是廣相的引力場公式中被史瓦西設置的條件給推導出來了。簡單理解有兩個要素：微觀粒子熱運動；物體運動光速上限。當物體坍縮至光速也無法逃離的直徑時，那麼物體最終將坍縮至黑洞狀態。
因為物體的熱運動無法超過光速，再也沒有能製成物體坍縮的可能。而這個光速無法逃離的範圍就是史瓦西半徑，儘管史瓦西推導出了黑洞的存在，但科學家一直懷疑宇宙中這種極端天體的存在。然而隨着觀測技術的進步，使得科學家開始懷疑宇宙中是不是真的存在這種天體。第一個被懷疑的對象是天鵝座的X-1，這是1964年的一次火箭彈道飛行觀測時被發現，也是從地球觀測最強的X射線源之一，這個位於6070光年外的主星體是一顆超巨星變星，有一個看不見的天體互相環繞公轉，距離約為0.2天文單位。之後黑洞發現的越來越多。
據衛報在2020年5月報道，歐洲南方天文台發現一個距離地球1000光年的黑洞（之前是麒麟鎮V616，距離2800光年），位於望遠鏡座HR 6819星系（HR 6819星系是一個肉眼可見的恆星系），有兩顆伴星（藍色軌跡）圍繞黑洞（紅色軌跡）旋轉。該黑洞的質量只有太陽的4倍。天文學家表示，這是一個沉睡的黑洞，與周邊互動不積極（沒有明顯的吸積盤），也不會發射X射線，所以是黑色的，無法看見。銀河系有1000億至4000億顆恆星，能抓住如此龐大一個星系的，那絕對是個超級天體。但在科技進步以前，科學家一直都是懷疑。
因為核球處的密集星團無法提供巨大的引力讓旋臂上的恆星繞着銀心公轉。早在1974年，科學家就懷疑銀心是個巨大的黑洞。但科學家只能通過紅外及電磁波段進行分析，而銀心高密度恆星和塵埃擋住了科學家的觀測，但γ射線、硬X射線觀測技術成熟後，似乎就剝開了迷霧。2002年，科學家們觀測了銀心中心區域內400光年內的氣體密度圖，發現了一個數百萬倍太陽質量的吸積環，而密度也將接近恆星形成的臨界值。大約2億年後，恆星將會爆發性形成。而在這個吸積環的中心能觀測到γ射線、硬X射線的強發射源，很顯然這是一個黑洞。
2008年時夏威夷、亞利桑那和加利福尼亞的射電望遠鏡聯合起來組成了一個甚長基線乾涉儀，測量出了這個位於2.6萬光年外、直徑約為4400萬公里的已經板上釘釘的黑洞。德國的天文學家則利用歐南天文台的望遠鏡，跟蹤了銀心圍繞黑洞公轉的恆星，測量其軌道後計算得出，銀心黑洞的質量大約是太陽的400萬倍。我們能觀測到銀心黑洞發射的γ射線和X射線，那麼表示它正在吞噬物質，因為只有吞噬的物質在吸積盤上被壓縮至基本粒子時才能發現如此強大的γ射線和X射線，因此銀心黑洞正在大快朵頤它的“子民”。
2011年8月，天文學家首次抓拍到黑洞吞噬恆星的過程，被認為是目前宇宙最震撼的情景。照片中的黑洞彷彿魔鬼般將一顆接近它的恆星瞬間撕碎變成發光等離子體後消失無形。據悉，照片中的黑洞距地球40億光年。2015年NASA稱觀測到人馬座A*的X射線耀斑比平常亮了400倍，這表示銀心黑洞正在大規模吞噬物質，因為只有大量落入黑洞的物質才能釋放出如此強烈的X射線耀斑事件。但從理論上來看要將銀河系吞噬，那麼可能得吞噬百萬億年，因為銀心黑洞吞噬物質的速度非常慢，可能百萬年才能吞噬掉一個太陽的質量。
科學家們為揭開黑洞的神秘面紗，2017年一項黑洞觀測計畫，即“事件視界望遠鏡”（EHT）計畫正式啟動。按照EHT計畫，全世界200多位科學家組成空前龐大的陣營，利用全球多地的8個亞毫米射電望遠鏡及其陣列，組成一個虛擬的望遠鏡網絡，即“事件視界望遠鏡”，同時對黑洞展開觀測。目前採用尋找黑洞的辦法是探測來自宇宙的X射線源和確定X射線源的質量，如有來自於緻密天體的X射線且這類天體的質量大於3倍太陽質量，則基本認定為黑洞。