Garis waktu berikut merangkum evolusi desain kapal selam, dari awal kapal selam sebagai kapal perang bertenaga manusia hingga kapal selam bertenaga nuklir saat ini.
Pertama kapal selam desain dirancang oleh William Borne tetapi tidak pernah melewati tahap menggambar. Desain kapal selam Borne didasarkan pada tangki pemberat yang dapat diisi untuk merendam dan dievakuasi ke permukaan - prinsip-prinsip yang sama ini digunakan oleh kapal selam saat ini.
Cornelis Drebbel, seorang Belanda, menyusun dan membangun kapal selam yang besar. Desain kapal selam Drebbels adalah yang pertama untuk mengatasi masalah pengisian udara saat terendam.
David Bushnell membangun kapal selam Turtle bertenaga satu manusia. Tentara Kolonial berusaha menenggelamkan kapal perang Inggris HMS Eagle dengan Turtle. Kapal selam pertama yang menyelam, permukaan dan digunakan dalam pertempuran Angkatan Laut, tujuan yang dimaksudkan adalah untuk menghancurkan blokade angkatan laut Inggris di pelabuhan New York selama Revolusi Amerika. Dengan daya apung sedikit positif, itu melayang dengan sekitar enam inci permukaan terbuka. Penyu ditenagai oleh baling-baling yang digerakkan oleh tangan. Operator akan menenggelamkan diri di bawah target dan, menggunakan sekrup yang diproyeksikan dari atas Turtle, ia akan memasang muatan bahan peledak yang diledakkan-jam.
John P. Holland memperkenalkan Holland VII dan kemudian Holland VIII (1900). Holland VIII dengan mesin perminyakan untuk propulsi permukaan dan mesin listrik untuk terendam operasi berfungsi sebagai cetak biru yang diadopsi oleh semua angkatan laut dunia untuk desain kapal selam hingga 1914.
Kapal selam Prancis Aigette adalah kapal selam pertama yang dibuat dengan mesin diesel untuk penggerak permukaan dan mesin listrik untuk operasi terendam. Bahan bakar diesel lebih tidak stabil dibandingkan minyak bumi dan merupakan bahan bakar pilihan untuk desain kapal selam konvensional saat ini dan masa depan.
AS meluncurkan USS Nautilus - kapal selam bertenaga nuklir pertama di dunia. Tenaga nuklir memungkinkan kapal selam untuk menjadi "kapal selam" sejati - mampu beroperasi di bawah air untuk jangka waktu yang tidak terbatas. Pengembangan pembangkit tenaga nuklir Naval adalah karya tim Angkatan Laut, pemerintah dan insinyur kontraktor yang dipimpin oleh Kapten Hyman G. Rickover.
AS memperkenalkan USS Albacore dengan desain lambung "setetes air mata" untuk mengurangi resistensi bawah air dan memungkinkan kecepatan dan kemampuan manuver yang lebih besar terendam. Kelas kapal selam pertama yang menggunakan desain lambung baru ini adalah USS Skipjack.