In het midden van de 18e eeuw, tijdens de observatie van de passage van Venus in 1761, ontdekte de astronoom M. V. Lomonossov (portret) een halo rond de planeet. Hij besloot hieruit dat Venus een atmosfeer heeft.
Sinds de 19e eeuw, toen de fase en de angulaire grootte van de planeet observaties toelieten, werden donkere vlekken of andere opvallende kenmerken, meestal in het evenaarsvlak, getekend en later gefotografeerd.
Het is in 1932 dat er voor de eerste keer CO2 geïdentificeerd werd op Venus door Adams en Dunham. Dit gebeurde door de observatie van absorptiebanden in het nabije infrarood, rond 0.8 µm, in het gereflecteerde zonnespectrum.
Andere stoffen dan CO2 (CO, HCl, HF) werden ontdekt met instrumentele technieken die na de Tweede Wereldoorlog ontwikkeld werden, zoals infraroodspectroscopie. Maar het duurde tot 1967, toen een module van de Sovjet-sonde Venera-4 afdaalde in de atmosfeer van de hete planeet, vooraleer deze bestanddelen in-situ gemeten werden.