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光速的测定在物理学发展史上具有极为特殊而又十分重要的意义。它打破了光速无限的传统观念，不仅为光的粒子说和波动说的争论提供了判定的依据，而且最终推动了爱因斯坦相对论的建立。
关于光速的问题从古希腊时就有争执。那时的大多数人，例如亚里士多德就相信光速无限，认为测量光的速度是徒劳无益的事。但在公元前450年，希腊哲学家恩培多克勒（Empedokles ）提出光速有一个确定的数值，太阳光到达地球需要一定的时间。伽利略认为光速虽然传播得很快，但却是可以测定的。1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验，从此揭开了人类对光速进行研究的序幕。
伽利略的方法是，他和助手分别站在相距1.5公里的两座山上， 每人手拿一盏灯。伽利略先打开灯，当助手看到他的灯时立即打开自己的灯，从伽利略打开灯到他看到助手那盏灯的灯光，这个间隔就是光传播3公里的时间。但事实上，这种方法根本行不通， 因为光的速度实在是太快了，它通过3公里的时间只用了十万分之一秒。 所以伽利略的实验实际上是测量了他和助手的反应时间。
后来，牛顿研究了伽利略的方法，不过他没有像伽利略那样亲自做实验，而是估算出太阳光到达地球约需6分钟的时间。 这和实际的数值（平均约8.3分钟）相差不大。1675年，丹麦天文学家奥勒·罗默，（Ole Roemer）第一次提出了有效的光速测量方法。他在观测木卫一的掩食周期（图1）时发现，在一年的不同时期，掩食周期有所不同。 在地球处于太阳和木星之间时，其掩食周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为，发生这种现象的原因并非由于木卫一围绕木星运行一周的时间发生了变化，而是由于地球和木星之间的距离发生了变化，而光速并不是无限的。他还推算出光跨越地球轨道所需要的时间是22分钟。罗默在1676年9月还预言，在11月9日上午5点25分45秒发生的木卫一被木星掩食将推迟10分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度，观测并最终证实了罗默的预言。尽管罗默的理论没有立即被法国科学院接受，但却得到了著名科学家惠更斯的赞同。惠更斯根据他提出的数据和地球的半径第一次计算出了光的传播速度：214000公里/秒。考虑到当时木星与地球之间距离的数据很不准确，这个计算应该是完全有效的。
相隔8年的观测
半个世纪之后的1726年， 英国天文学家詹姆斯·布拉得雷（JamesBradley）发现了恒星的“光行差”现象， 通过从遥远恒星发出的光线的角度变化测量了光速。光行差实际上是因为地球以一定的速度绕太阳运动造成的。为了理解光行差现象，我们可以想想下雨时的情景：如果下雨时没有风，而我们又是站着不动的，那就会看到雨点是垂直下落的；如果我们在雨中奔跑，那就会觉得雨点是斜着向我们打来的。恒星的光线和这种情况类似，通过测量这种光线的入射角变化，并已知地球的运动速度，布拉得雷估算出光是以301000公里/秒的速度运行的。要精确计算光速就要精确地了解地球围绕太阳运动的速度，这可以通过地球与太阳之间的距离来测算。
要准确获得地球与太阳之间的距离，可以通过在不同纬度对金星凌日现象（金星从日轮中通过）进行观测的数据，再经过简单的三角关系定出日地距离。在一个世纪内，金星凌日只会发生两次，其间隔为8 年。在18世纪，金星凌日的时间分别为1761年6月6日和1769年6月3日。这一事件把全世界的天文学家的热情都调动起来了，其中就有法国的吉约曼·勒让蒂（Guillaume Le Gentil）。1760年他搭船赴印度观测1761年的金星凌日奇观，因为那里是理想的观测地，但由于战乱晚到了一天。他毫不气馁，决定留在印度等上8年。他在印度修建观测场， 学习本地语言，适应了热带气候，终于迎来了梦寐以求的又一个机会。但是，正当金星靠近太阳时，观测场所在地突然风起云涌，雷雨交加，连太阳的影子也未见到。但当金星退出日轮几分钟后，云消雨散，阳光重新普照大地。意想不到的观测失败，使这位酷爱天文的科学家一病不起。
英国天文学家查尔斯·格林（Charles Green ）看上去似乎幸运一点。 他在南太平洋的塔希堤岛登上了英国著名探险家詹姆斯·库克（James Cook）上尉的“奋进”号探险船。格林在船上顺利完成了观测，但却在返回途中故去了。
随后的一些测量光速的尝试不再依赖天文观测，而是在地面上做实验。1850年5月6日，法国物理学家阿尔芒·斐索（Armand Fizeau ）完成了一项很精巧的实验，其原理与伽利略的类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放一个转动的齿轮，在透镜的另一侧8公里处依次放置另一个透镜和一个平面镜， 平面镜位于第二个透镜的焦点处。点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平面镜上聚于一点，在平面镜上反射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿，当返回的光通过齿隙时，观察者就可以看到光，当恰好遇到齿时就会被遮住。光束穿过一个旋转的齿轮，齿轮的转度不断增加，直到返回的光穿过第二个齿隙而被看到，这就是光往返一次所用的时间，根据齿轮的转速，这个时间不难求出。通过这种方法，菲索测得的光速是315000公里/秒。但由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很难精确地测出光速。
旋转的镜子
法国科学家莱昂·傅科（Leon Foucault ）因发明了傅科摆而闻名，通过这种摆直观地证明了地球的自转。1862年，傅科改进了菲索的方法，他只用了一个光源，一面平面镜子和一面旋转的镜子。傅科将光线射到一面旋转的镜子上，再从那里反射到一面平面镜上，随后光线又从这面平面镜反射回旋转的镜子上。在这个过程中，光线会偏转一定的角度，这是由镜子的旋转造成的。通过测量这个角度，傅科计算出的光速是298000公里/秒，这个结果比斐索的测量值更为精确一些。
1879年，美籍波裔物理学家阿尔伯特·迈克耳孙（Albert Michelson）对傅科的实验加以完善和改进。他从岳父那里借到了2000美元，于是就把旋转镜和平面镜之间的距离延长到180米， 比傅科的实验长了160米。他得到的光速为299910公里/秒。 此消息被登在《纽约时报》的头版上。在其后的40年中，谁也没有做得比这更好。1923年，迈克耳孙重做了这个实验，将两面镜子安放在加利福尼亚两座相距35公里的山上，他获得的光速为299796公里/秒。
迈克耳孙所做的另一个光速实验可能更为有名。他研制了一个干涉仪，在这个干涉仪中，一束光线会被分为两束，并被安排在垂直相交的光路上，然后再重新合并到一起。如果在此期间两束光行进的线路距离不同，或者一束光比另一束光的速度快，在重新会合时将出现干涉现象，从而产生干涉条纹。1887年，迈克耳孙同化学家爱德华·莫雷（Edward Mor－ley）一起，想通过这种干涉仪来测量因地球运动而使光速发生了多大变化。因为按照经典物理学的理论，同地球运行方向垂直的光不应受到影响，但与地球运行方向平行的光会因地球的运动产生速度的变化。与这两位科学家的预测相反，他们没有观察到干涉条纹，从而得出地球运动不影响光速的结论。这就是在物理学史上非常著名的迈克耳孙－莫雷实验。正是由于这个实验，他们获得了诺贝尔物理学奖。由他们得出的光速是与参照系无关的恒量的结论，后来成了爱因斯坦相对论的支柱之一。
最后，在20世纪的后50年中，对光速的测量又有了新的完善和改进。1958年，弗罗姆（K.D.Froom）使用无线电干涉仪获得的光速为299792.5公里/秒；1973年，埃文森（Evanson）用激光和原子钟将光速的测量值精确到了299792.4574公里/秒。从1983年起，人们最终将光速299792.458公里/秒作为一个固定常数，并且重新利用光速来定义米的概念：米是光在1/299792458秒时间内所经路径的长度。