Au début du 20e siècle, la nageuse australienne Annette Kellerman parcourt les États-Unis en se produisant dans des démonstrations d’acrobaties aquatiques. Ses spectacles rencontrent un franc succès et consacrent la naissance du sport.
La pratique du sport s’intensifie à l’initiative de Katerine Curtis. En 1933, ses élèves en font une démonstration à l’Exposition « Century of Progress » de Chicago. C’est à cette occasion que le nom d’origine de la discipline émerge : « natation synchronisée« .
Après plusieurs démonstrations aux Etats-Unis au début du 20e siècle, la discipline gagne en popularité, et très vite des compétitions sont organisées. Les premiers concours s’adressent aux hommes. La discipline est ensuite devenue largement associée aux femmes.
Après une démonstration aux Jeux Olympiques d’Helsinki en 1952, la discipline devient Sport Olympique aux JO de Los Angeles en 1984 avec des épreuves en solo et en duo. Sa pratique est réservée aux femmes, c’est le seul sport pour lequel c’est encore le cas, avec la gymnastique rythmique.
Les JO d’Atlanta suppriment ces épreuves de solo et duos en 1996 pour les remplacer par une épreuve de ballet à huit. À partir des Jeux de 2000 à Sydney, le programme olympique comprend l’épreuve par équipes ainsi que le duo.
Le palmarès olympique a dans un premier temps été dominé par les pays d’Amérique du Nord, les États-Unis et le Canada cumulant huit titres olympiques, soit la moitié des titres possibles. La Russie s’est ensuite largement imposée sur le devant de la scène olympique, remportant à elle seule les dix titres mis en jeu depuis les Jeux de Sydney, en 2000.
En 2017, la discipline change de nom pour devenir « natation artistique » à l’instar de la GRS qui devient gymnastique artistique.
Aux JO de 2024 à Paris, les équipes sont enfin ouvertes aux hommes ! La France termine 4ème derrière la Chine (médaillée d’or), les États-Unis (argent) et l’Espagne (bronze).