Au XIXe siècle, de nombreuses villes françaises instaurèrent des systèmes d'immatriculation locaux pour améliorer la sécurité. En 1893, tous les véhicules à moteur ou à cheval en France durent porter une plaque avec le nom et adresse du propriétaire, ce qui fit de la France le premier pays au monde à instaurer un système de plaques d'identification des véhicules. Enfin, en 1899 un décret obligea les propriétaires de véhicules à s'enregistrer à la Préfecture de leur département, et c'est la même année qu'est créée la carte grise.
Au tournant du XXe siècle, l'automobile connaît une croissance rapide et le nombre d'accidents routiers augmente, nécessitant une surveillance plus rigoureuse des véhicules. Aux États-Unis, les premières plaques d'immatriculation pour les véhicules motorisés ont été introduites dans les années 1900. Le système d'immatriculation français moderne est créé en 1901, et d'autres systèmes similaires apparaissent dans d'autres pays européens autour de cette même période, comme aux Pays-Bas en 1898, en Belgique en 1899, en Espagne en 1900, en Italie en 1903, au Royaume-Uni en 1904, en Suisse en 1905, en Allemagne en 1906.
Au fil des ans, avec l'augmentation de la population et de la circulation routière, les gouvernements ont commencé à introduire des systèmes d'immatriculation pour mieux règlementer et identifier les véhicules. Aux États-Unis, les premières plaques d'immatriculation pour les véhicules motorisés ont été introduites dans les années 1900. Les règlementations sur les plaques d'immatriculation ont continué à évoluer.
Les plaques d'immatriculation modernes utilisent un format standardisé et des caractères de police standardisés pour faciliter la lisibilité et la reconnaissance. Les normes européennes ont été définies par la directive européenne 70/156/CEE pour homogénéiser les plaques d'immatriculation dans les différents pays de l'Union Européenne, pour une meilleure reconnaissance et une plus grande facilité pour les forces de l'ordre à repérer les plaques illégales et à lutter contre la fraude.
Avec l'augmentation de la technologie, les plaques d'immatriculation ont également commencé à utiliser des matériaux de haute technologie, comme le plastique et les bandes réfléchissantes. Les systèmes de fabrication de plaques d'immatriculation ont également évolué pour devenir de plus en plus automatisés, permettant une production en série à grande échelle.
Voir Plaques d'immatriculation anciennes