开发者原来想将VOCALOID命名为“雏菊”（英语：Daisy）并参考了歌曲Daisy Bell，但由于版权问题，最终该软件被命名为VOCALOID。VOCALOID一词的来源有2种说法：[1]
由英语单词“vocal（歌唱）”和词缀“oid（类似的，...状的）”构成，意思是“能唱歌的东西”。
由“vocal”和“Android（机器人）”组成，意思是“能唱歌的机器人”。
Yamaha于2000年3月开始研发VOCALOID并宣布将于2003年3月5日至9日在德国的法兰克福国际乐器展览会公示其存在。2005年6月，Yamaha对VOCALOID更新至V1.1；此后进一步对其改进，版本更新至V1.1.2。使用第一代VOCALOID的虚拟歌姬共有5个。最初的系统只有装满处理算法的处理引擎，并无音色。
VOCALOID 2于2007年发布。与第一代引擎不同，VOCALOID 2基于其对声音样本的探测结果而非人声的分析。合成引擎和用户界面被彻底改造，日本的VOCALOIDs拥有自己独有的日本界面。VOCALOID 2系统的主要部分是乐谱编辑器（VOCALOID 2编辑器），歌手库和合成引擎。合成引擎从乐谱编辑器接收乐谱信息、从歌手库中选择适当的音色，并将它们融合在一起以输出合成音。Yamaha提供的乐谱编辑器和合成引擎在不同的VOCALOID 2产品中基本没有区别。[2]
VOCALOID 3于2011年10月21日推出，一些工作室可以将VOCALOID 2的声乐库搬至VOCALOID 3。
2014年10月，首个使用VOCALOID 4的产品被确定为英语音源Ruby。此前发布被延迟，而这恰好让其可以用到全新的发声引擎VOCALOID 4。不久以后，克林普顿未来媒体对即将面世的“新Luka声乐”作出了报道。2015年，数个V4版的人声发布，此后不久VOCALOID 4发布。
软件采用Yamaha开发的“Frequency-domain Singing Articulation Splicing and Shaping”。先采集人类声音的标本，然后再制作歌声数据库。但VOCALOID没有歌声数据库，实际可使用的版本由其他公司开发。