Zanim zbudowano pierwszy aparat fotograficzny, przez wiele stuleci jego namiastką była camera obscura (ciemnia optyczna). Według starych przekazów korzystał z niej już Ali Al-Hazen w XI wieku. Dzisiaj trudno określić dokładną datę i faktycznego wynalazcę tego urządzenia. Niektóre źródła wskazują na starożytnych Greków lub Egipcjan, inne na bagdadzki „Dom mądrości” i wiek IX.
Sama kamera to nic innego jak światłoszczelna skrzynka z niewielkim otworem (obiektywem) znajdującym się w jednej ze ścian i matówki (pergaminu) na ścianie przeciwległej. Promienie wpadające przez otwór ulegają załamaniu i tworzą na matówce pomniejszony i odwrócony obraz obiektu znajdującego się przed otworem. W średniowieczu camera obscura służyła arabskim astronomom do prowadzenia obserwacji astronomicznych. Była m.in. obiektem zainteresowania angielskiego fizyka Rogera Bacona, który w końcu XIII wieku opisał, jak z niej korzystał przy obserwacji zaćmienia Słońca; w podobnym celu użył ją Gemma Frisius w 1544 r. Sam Leonardo da Vinci zajął się jej udoskonaleniem i pełnym opisem, chociaż najwcześniej opublikowaną pracą na ten temat może poszczycić się jego uczeń – Caesare Caesarino (1521 r.).

Później ciemnia optyczna stała się pomocnym narzędziem w pracowniach malarzy. Korzystali z niej: Vermeer, Canaletto, Reynolds. Bywało jednak i tak, że występowała w roli jarmarcznej ciekawostki. Swego czasu Włoch Giovanni Batista della Porta zbudował ciemnię wielkości pokoju, w którym na ścianie można było oglądać rzutowany obraz artystów występujących na zewnątrz. Dla widzów sporym utrudnieniem było to, że obraz „wyświetlany” był do góry nogami.

Pierwsze kamery miały wymiary niewielkiego pomieszczenia, w XVII wieku budowano już mniejsze, przenośne wersje urządzenia. Systematycznie zmierzano do polepszenia jakości obrazu. Prawdopodobnie malarz Jan van Eyck był pierwszym, który zastosował w otworze ciemni soczewkę (1430 r.). Przyjmuje się jednak, że zrobił to włoski matematyk Giordano Cardano (ten od wału kardana), a miało to miejsce w 1550 r.

W 1673 r. von Horke skonstruował kamerę ze zwierciadłem (tzw. camera clara) dającym na matówce obraz prosty, który można było łatwo przerysować. Kolejne udoskonalenia wprowadzone przez weneckiego architekta i arystokratę Daniela Barbaro – zastosowanie lustra, obiektywu i przysłony zamieniło skrzynkę w prawdziwy instrument. Następnym ulepszeniem było zamontowanie (1685 r.) przez niemieckiego zakonnika Johannesa Zahna zwierciadła umożliwiającego rzutowanie obrazu na płaszczyznę poziomą i znaczne zmniejszenie wymiarów kamery. Istotną nowością (pod względem fotogrametrycznym) była jednak dopiero tzw. camera lucida, skonstruowana przez Anglika W.H. Wollastona (1804 r.).

Zbudował on specjalny pryzmat, który pozwalał na przerysowywanie przedmiotów dzięki pozornemu obrazowi rzucanemu na papier. Przy okazji wyeliminował zjawisko aberracji wywoływane przez soczewkę. Rozwiązanie umożliwiało korzystanie z kamery w świetle dziennym, a wprowadzenie obiektywu z soczewką wklęsło-wypukłą znacznie poprawiło jakość obrazu.