数字孪生发展史经历了以下三个阶段。
1960年代，以“模拟仿真”为起点，孪生设想初见苗头。 孪生的概念起源于1960年代美国国家航空航天局的“阿波罗计划”。该计划构建了两个相同的航 天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的 工作状态，辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。其中地面的航天飞行器通过乘员、座舱 和任务控制台与多台计算机的模拟构建而成。由此，阿波罗基于“模拟仿真”的工程化实践为数 字孪生概念埋下了种子[1]。
2000年以后，数字孪生理论加速发展，内涵及概念逐渐明确。 伴随着计算机仿真、网络通信、传感器等技术的发展，2002年Michael-Grieves在密歇根大学PLM （产品全生命周期管理）概念阐释过程中首次提出镜像空间模型（Mirrored Spaces Model），在 2006年，被称之为信息镜像模型，这里信息镜像模型包含当下数字孪生的很多要素，为数字孪生 理论发展奠定基础。2010年美国宇航局发布的Area-11技术路线图的Simulation-Based-Systems Engineering部分中，首次将数字孪生的概念定义为：“数字孪生是指充分利用物理模型、传感 器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像， 反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。”2016年Michael-Grieves又对数字孪生要素解析 和能解决问题分类上进行了系统的阐释，至此，数字孪生概念及理论概念逐步成熟，并走向大众 视野[3]。
2016年以后，数字孪生不断跨行业延伸，细分行业实践不断丰富。 2017年-2019年，Gartner连续三年将数字孪生列为十大战略科技发展趋势之一，并定义其为对 现实世界中实体或系统在虚拟空间的数字化映射。与此同时，西门子、通用电气、欧特克、微软 等也不断提出数字孪生概念定义，并推出相应产品，例如通用电气利用数字孪生实现风力涡轮机 的预测性维护。数字孪生的应用不断从航天和制造业领域向城市、交通、能源、医疗等领域拓 展。例如数字孪生在工业领域应用覆盖研发设计、生产制造、经营管理、售后服务等多个环节。 在城市领域应用涉及智能应急、智慧工地、雨洪模拟等多个场景。在医疗领域的数字孪生医院、 数字孪生心脏等探索也积极开展。交通领域的桥梁健康维护、交通调度优化等数字孪生应用不断 深化。
