מקור השם ויטראז' בא מהמילה הלטינית Vitru (זכוכית), ובעברית נקרא "חלון מסכית". ויטראז' הוא שם כולל לטכניקות שונות של שילוב ושיבוץ זכוכית צבעונית, ולעתים גם עץ ומתכת, בפורמט שטוח או תלת-ממדי. במצרים העתיקה ובחלקים רבים של האימפריה הרומית עבדו עם זכוכית צבעונית בעיקר כדי ליצור אובייקטים קישוטיים ושימושיים. אחת הדוגמאות המרכזיות היא ספל ליקורגוס מהמאה השלישית. במאות הבאות החלו לעשות שימוש בטכניקות זכוכית שונות לאטימה של חלונות, בעיקר במבני ציבור ובמבני דת ברחבי אגן הים התיכון. הטכניקה מוזכרת לראשונה במאה השביעית בהתייחסות למנזר סנט פיטר באנגליה.
במאות ה-14-10 פרחו הסגנונות הרומנסקי והגותי, ואיתם התפתחו טכניקות ויטראז' רבות. אמנות הוויטראז' הפכה לסטנדרט בכנסיות, קתדרלות, מנזרים וכן בארמונות ומבני ציבור אחרים. באותה תקופה הפכו שגורות טכניקות הוויטראז' גם במבני דת ברחבי העולם המוסלמי, ובעיקר בחלק האסיאתי שלו - פרס, סוריה וארצות הקווקז. הכימאי הפרסי ג'אבר בן חיאן, בן המאה השמינית, כתב מסמך ובו 46 מתכונים לייצור זכוכית צבעונית.
בתקופת הרנסאנס והבארוק (מאות 18-14) אמנים מרכזיים רבים יצרו ויטראז'ים עבור פטרוניהם ברחבי איטליה, צרפת, גרמניה וארצות השפלה. כמו כן הוקמו בתי מלאכה ששמם הלך לפניהם בכל אירופה: בלימוז' (צרפת) ובמורנו (איטליה). תור הזהב של הוויטראז' הגיע לסופו עם הרפורמציה הפרוטסטנטית האיקונוקלסטית (שיצאה נגד דימויים וקישוטים). במבני דת קתולים ואורתודוקסים רבים נופצו הוויטראז'ים.
במאה ה-19 אמנות הוויטראז' זכתה לתחייה מחדש, בעיקר בבריטניה (עם הפרה-רפאליטים, ויליאם מוריס וצ'ארלס רני מקינטוש), בצרפת (סברה), ובגרמניה (מאייר ממינכן), וכן הפכה פופולארית בארצות הברית (טיפאני ולה פארג').
במאה ה-20, כמה אמנים חשובים יצרו בוויטראז': תיאו ואן דוסברג, מארק שאגאל, פיט מונדריאן ויוזף אלברס.
גם בישראל אמנים מרכזיים יצרו ויטראז'ים: ראובן רובין בכניסה לבית הנשיא, שאגאל בבית הכנסת של בית החולים הדסה עין כרם ומרדכי ארדון עם חלונות ויטראז' אדירי ממדים בספרייה הלאומית.
