1988年,美国斯坦福大学从事放射外科治疗与研究的神经外科医生John Adler博士提出了影像引导无框架立体定向放射外科的概念。随着计算机技术、神经导航技术和直线加速器放射外科的发展,1992年Adler及同事研制出较原始的无框架立体定向放射外科治疗设备,当时Adler将这种设备注册为Beta system (射波刀的雏形)。1994年射波刀开始治疗脑转移瘤患者。
在以后的临床试用阶段,射波刀得到了进一步改进和完善,1999年美国FDA正式批准射波刀治疗系统可用于治疗头部疾病,2001年美国FDA批准射波刀用于治疗全身肿瘤。尽管射波刀技术成熟,但是仍有诸多不完美之处。2002-2006年间,射波刀控制系统、剂量计划系统、靶区追踪系统、脊柱追踪技术、呼吸追踪技术进一步升级完善,使射波刀的临床治疗日臻完善。