सन् 1940 और 1950 के दशक में, एक वर्चुअल मेमोरी के विकास से पहले, सभी बड़े प्रोग्रामों में द्वि-स्तरीय स्टोरेज (प्राथमिक और द्वितीयक, आज कल की) के प्रबंधन के लिए तर्क शामिल होता था, जैसे कि उपरिशायी (अधिचित्र) तकनीकें. अधिचित्रों को द्वितीयक स्टोरेज से प्राथमिक स्टोरेज में आगे पीछे करने के लिए प्रोग्राम जिम्मेदार था।
इसलिए वर्चुअल मेमोरी शुरू करने का मुख्य कारण न केवल प्राथमिक मेमोरी (स्मृति) का विस्तार करना था, बल्कि ऐसे विस्तारण को प्रोग्रामरों के उपयोग हेतु यथासंभव सरल बनाना था।
कई प्रणालियों में पहले से ही मेमोरी को विविध प्रोग्रामों में विभाजित करने की क्षमता थी (बहु क्रमादेशन और बहु प्रक्रमण के लिए आवश्यक), जिसे वर्चुअल मेमोरी प्रदान किये बिना उदाहरण के लिए "बेस एंड बाउंड रजिस्टर" के द्वारा PDP-10 के आरंभिक मॉडलों के लिए प्रदान किया जाता था। उसने प्रत्येक ऐप्लीकेशन को एक एक निजी ऐड्रेसस्थान प्रदान किया जो 0 के एक पते पर प्रारंभ होता था। इसके साथ निजी ऐड्रेस स्थान में किसी ऐड्रेस की बाउंड रजिस्टर यह सुनिश्चित करने के लिए जांच की जाती थी कि यह ऐप्लीकेशन के लिए आबंटित मेमोरी खंड के भीतर है और, यदि ऐसा है, तो किसी ऐड्रेस को मुख्य मेमोरी में रखने के लिए संगत बेस रजिस्टर की अंतर्वस्तु इसमें जोड़ी गई है। यह बिना वर्चुअल मेमोरी वाली विभाजन का एक सरल रूप है।
वर्चुअल मेमोरी लगभग 1959-1962 में एटलस कंप्यूटर के मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में विकसित किया गया और इसे 1962 में पूरा किया गया। हालांकि, जर्मनी के अग्रणी कंप्यूटर वैज्ञानिकों में से एक, फ्रिट्ज-रुडोल्फ गुन्त्स्च और बाद में टेलिफूंकेन TR 440 मेनफ्रेम के डेवलपर के बारे में यह दावा किया जाता है कि उन्होंने उनकी डॉक्टरेट शोध प्रबंध ""Logischer Entwurf{ eines Rechengerätes mit mehreren asynchron laufenden Trommeln und automatischem Schnellspeicherbetrieb{/1} (एकाधिक अतुल्यकालिक ड्रम स्टोरेज और स्वचालित फास्ट मेमोरी विधि के साथ एक डिजिटल कम्प्यूटिंग उपकरण की तर्क संकल्पना) की अवधारणा का आविष्कार किया" " . 
1961 में, बरोज़ (Burroughs) ने वर्चुअल मेमोरी युक्त प्रथम व्यावसायिक कंप्यूटर B5000 का विमोचन किया। इसने पृष्ठन की बजाय विभाजन का प्रयोग किया।
कंप्यूटिंग के इतिहास में कई तकनीकों की तरह, वर्चुअल मेमोरी को बिना चुनौती के स्वीकार नहीं किया गया। मुख्यधारा के ऑपरेटिंग सिस्टम में लागू किये जा सकने के पहले, विभिन्न समस्याओं पर काबू पाने के लिए कई मॉडलों, प्रयोगों और सिद्धांतों का विकास किया जाना था। गतिक ऐड्रेस रूपांतरण के लिए एक विशेषीकृत, महंगी और निर्माण करने में कठिन हार्डवेयर की आवश्यकता थी। इसके अलावा शुरू में इसने मेमोरी के ऐक्सेस को थोड़ा धीमा कर दिया. इस बात की भी चिंताएं थी कि द्वितीयक स्टोरेज का उपयोग करने वाली नयी प्रणाली - व्यापक कलनविधि पहले उपयोग कि गयी ऐप्लीकेशन-विशेष विधि कि अपेक्षा बहुत कम प्रभावकारी होगी.
1969 तक व्यावसायिक कंप्यूटर के लिए वर्चुअल मेमोरी के संबंध में बहस समाप्त हो गयी थी। डेविड सायरे के नेतृत्व में IBM के एक शोध दल ने यह दिखाया कि वर्चुअल मेमोरी उपरिशायी (अधिचित्र) प्रणाली ने सर्वश्रेष्ठ हस्त नियंत्रित प्रणालियों की तुलना में निरंतर बेहतर काम किया।
संभवतः वर्चुअल मेमोरी व्यवहार में लाने वाला पहला मिनी कंप्यूटर नार्वे का NORD-1 था। 1970 के दशक के दौरान, अन्य मिनी कम्प्यूटरों ने वर्चुअल मेमोरी, विशेष रूप से VMS पर चलने वाले VAX मॉडलों को लागू किया।
वर्चुअल मेमोरी को इंटेल 80286 प्रोसेसर के सुरक्षित मोड के साथ x86 संरचना के साथ व्यवहार में लाया गया। शुरू में इसे खंड गमागमन के साथ किया गया, जो अधिक बड़े खण्डों के साथ बेकार साबित हुआ। इंटेल 80386 ने मौजूदा विभाजन परत के नीचे पृष्ठन के लिए सहारे की शुरुआत की. बिना दोहरे दोष उत्पन्न किये पृष्ठ दोष अपवाद को अन्य अपवाद के साथ श्रृंखलित जा सकता है।

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