W Układzie Słonecznym występowanie efektu cieplarnianego stwierdzono na Ziemi, Marsie, Wenus oraz na księżycu Saturna – Tytanie.
Choć efekt cieplarniany może zachodzić na wszystkich planetach posiadających atmosferę, dalsza część artykułu dotyczy tego zjawiska przede wszystkim w odniesieniu do Ziemi.
Możliwość kumulacji ciepła pochodzącego z promieniowania słonecznego na Ziemi jako pierwszy rozpatrywał Jean Baptiste Joseph Fourier w 1824, niewiele później zagadnienie analizowali też m.in. Eunice Newton Foote (szczególnie odnośnie znaczenia dwutlenku węgla, w 1856) i John Tyndall (scharakteryzował różne gazy, w 1860). Później zjawisko badane było również między innymi przez Svante Arrheniusa, autora pierwszych obliczeń dotyczących reakcji klimatu na podwojenie koncentracji dwutlenku węgla (czułości klimatu). Termin „efekt cieplarniany” wywodzi się z podobieństwa do przemian cieplnych zachodzących w szklarni (niekiedy używa się określenia – „efekt szklarniowy”).