死刑的正式使用可以追溯到有文字记载的人类历史初期。对不正行为的惩罚通常包括了罚金、体罚、回避、流放和死刑。通常，罚金和回避是足以成为一种司法形式。但由于家族矛盾或调解机制可能会在家族世仇或仇杀中失效，可能性的犯罪会导致同态复仇（即以命偿命）的事情发生。
各种严重的肉体惩罚也相继而生，其中包含斩首、车裂、凌迟、幽闭、剥皮、烹杀、老虎凳等。
在欧洲中世纪和早期现代欧洲，在现代监狱系统创建以前，死刑是一种被广泛采用的惩罚方式。比如在18世纪的英国，有222种罪行可被判处死刑，其中包括一些诸如偷伐树木和偷窃动物等罪。
中国的生杀予夺最终都由集权皇帝一人决定，死刑执行的数量也非常少：630年，只执行了29例死刑；730年，只执行了24例死刑；736年，则有58例。但是两百年后，一种极其残忍的死刑执行手法——凌迟却被创制，其通过上千次小刀割肉使罪犯苦受折磨致死。这种残酷刑罚在之后的一千年内广泛使用，直到1905年才被彻底废除。
在第二次世界大战中，苏联以临阵退缩为罪名处决了15.8万己方士兵。自从枪械被发明后，持枪的行刑队常被用来执行死刑。
在早期的美国新英格兰州，公共行刑是一个非常庄穆和悲伤的时刻，有时会有大量人群参加并一同聆听福音。事实上，这种趋势已经在世界上大多数国家进行：更少的痛苦、更多的人性化的行刑方式。
以美国为例，美国死刑最初的执行方法残忍而混乱，各州乃至各县都有自己的规矩：将犯人吊死、砍头、鞭笞等等。
南北战争后，绝大多数的死刑都被改以枪决来执行，但血流满地依然很不好看。于是后来大多数州又改回了绞刑，不过由原先的踢凳子而实施的绞刑，变成高空坠掉导致脖子和脊髓的脱节。但一旦行刑者估算不准就会给犯人带来极大痛苦。
第二次工业革命后，美国的司法部门采用了电椅装置。然而一些案例表明，它未必真是无痛的，也未必那么可靠。对于犯人而言，执行后身体都会变得通红、扭曲；对于执行者而言，行刑前还得剃掉犯人的顶发以利导电。种种这些问题，导致了电椅逐渐被各州抛弃。
除电椅外，美国一些州还曾经使用毒气室来执行死刑。毒气室的痛苦要比电椅小得多，而且迅速、可靠，但前提是犯人愿意配合：倘若其在毒气室里憋气不肯呼吸，死亡便会姗姗来迟。另外行刑完毕后，对于有毒气体必须进行无害化处理，犯人遗体表面上残留的氰化物也要仔细擦洗干净。毒气室首次应用是在1924年，目前全美只有5个州还保留毒气室死刑。
相比毒气室和电椅，注射死刑是目前美国主要使用的死刑执行方式。注射死刑，是通过向被执行人的静脉血管注射药剂而致死。目前主要采用“三针法”进行，即依次注入戊硫代巴比妥钠（sodium thiopental，麻醉剂）、巴夫龙（Pancuronium，导致呼吸肌迅速麻痹）及高浓度的氯化钾（KCl，导致心脏骤停），从而使被执行人迅速失去知觉，很快死于窒息。
自1982年12月7日第一例注射死刑执行以来，注射死刑因其相对可靠、快捷、无痛且遗体几乎不变形的优势而迅速推广开来，目前，全美34个保留了死刑的州都允许使用注射方式执行死刑，其中16个州将其作为唯一的方式。
在我国，目前执行死刑的方法主要是枪决和注射死刑。
死刑执行方式正变得越发文明、人性化，但毕竟人死不能复生，因此，在涉及死刑的司法程序上也必须非常慎重。一般而言，只有涉及故意杀人且情节严重，检方寻求判处死刑时，法官才会考虑适用死刑。