自古以來，天然高分子就一直被人類利用為生活資料或生產資料。古代人已經掌握天然高分子的加工技術，如利用蠶絲、棉、毛織成織物，採用竹材、棉、麻造紙等。直到19世紀30年代末期才進入到天然高分子的化學改性階段，如天然橡膠的硫化(1839)，纖維素的硝化(1845)。20世紀初，經L.H.貝克蘭等人的研究，成功地合成瞭第一個合成高聚物──酚醛樹脂，標誌著人類應用合成高聚物的開始。隨後，各種高聚物的合成紛紛研究成功，並陸續投入生產。過去，高聚物材料是金屬及其他貴重材材料（如象牙、珍珠等）的代用品；到近代，高聚物的應用已擴展到人們的生活、生產、科研和國防等各個領域。許多材料的應用范圍已經超過瞭天然材料和許多金屬材料，形成瞭龐大的高聚物材料應用體系。
高聚物合成材料按照性能和用途，大致可分為塑料、合成橡膠（或彈性體）、合成纖維三大類。這些材料的原料來源豐富、種類繁多、加工簡易、性能優良，因此其用途之廣、發展之快是其他材料所不及的。
三大合成高聚物材料中以塑料的產量最大，約占總量的70％～75％，增長速度最快。合成纖維的年產量的增長自70年代以來突飛猛進。1970年合成纖維的產量還不到天然棉、毛、絲等產量的一半，1980年的產量已經接近棉的總產量，到80年代中期將超過天然纖維的總產量。合成橡膠的產量增長也早已超過瞭天然橡膠，合成橡膠的品種多、生產周期短、性能優異，其耐油、耐高溫等性能是天然橡膠所不及的。目前，高聚物合成材料的應用已遍及各個領域。
工業方面 廣泛用作機械工業的各種工件和零件，如工程塑料、耐磨材料、吸振材料(見高聚物吸振材料)等；電氣工業的絕緣材料、導電塑料、導線等；采礦工業的坑道塑料柱架和選礦用的浮選劑、絮凝劑等；石油工業中的鉆井柔桿及堵水劑、減阻劑、泥漿穩定劑等；化學工業中的耐腐蝕塑料管道、槽、罐以及塗料、膠粘劑（見高分子膠粘劑）等；在輕紡工業中，高聚物的應用有更廣闊的前途，如人們的衣著服裝現在幾乎大部分由耐綸、滌綸和腈綸三大合成纖維制成；用高聚物制成的紙、人造皮革、木材代用塑料等日益增多；色彩鮮艷、質輕耐久的各種高聚物包裝材料、裝飾品、日用器皿等也大量應用。
農業方面 農用薄膜和塑料溫室的應用，發展十分迅速。帳篷、農漁用船艇、水利排灌管道、農用機械零部件、纜索等都有用高聚物制成的（見農用高聚物）。
交通運輸、通信、建築方面 各種車輛輪胎、管子、剎車片、車廂、船舶、飛機的各種內部輕質構件，都廣泛采用高聚物材料；用塑料和復合材料制造輕型飛機和汽車，也正在積極研究中。通信用的信息轉換及信息記錄材料，主要包括光通信所用的導光纖維（見高分子導光纖維）、錄像用材料、高敏感度的感光材料、熱色記憶記錄材料等也都使用高聚物材料。建築物的上下水道、室內壁板、門窗、房梁及活動房屋、展覽館等都可用纖維增強塑料制成。日本和中國近年都已建成玻璃纖維增強塑料的橋梁建築。高分子灌漿材料用於建築物和構築物的防滲堵漏、消除缺陷和增強基礎等方面。
國防建設、尖端科學技術方面 特種高聚物和功能高分子具有耐高溫、耐低溫、高強度、高模量、高絕緣、耐腐蝕等特性，因此在兵器制造中可作為結構材料的輔助材料，如耐高溫和耐低溫的膠粘劑。特種塗料（見高聚物塗料）和密封材料（見高分子密封材料）也都用特種高聚物制成。無論在航空、航天飛行器，核設備，大型集成電路，以及軍事裝備的輕微型化等方面，高聚物材料是不可缺少的。
醫藥衛生方面 高聚物在這方面的應用發展很快，范圍很廣，除瞭高聚物藥物外，還用來制造人工臟器（如人工心臟、人工腎）、人工血液、人工血管、人工骨和關節、人工皮膚等（見醫用高分子）。