早在1932年英国剑桥大学卡文迪许实验室的詹姆斯·查德威克发现了中子后不久，苏联着名物理学家列夫·朗道及其同事们随即预测存在一种完全由中子组成的星，他指出：中子星是非常小、緻密，辐射非常微弱的星体。1934年，美国威尔逊山天文台工作的沃尔特·巴德和弗里茨·兹威基发表文章预言了中子星的存在，他们认为中子星是大质量恆星演化到超新星爆发之后的产物，恆星坍缩后其核心形成中子星。1939年，美国物理学家罗伯特·奥本海默等提出了系统的中子星理论。但由于当时天文学界对中子星没有足够的重视，所以中子星模型一直只存在于理论中。

1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室安东尼·休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。这一快速的脉冲当时被半开玩笑地认为是外星高级智慧型生命传送来的讯息，随后暂时被称为“小绿人1号”（Little Green Man 1，或LGM-1）。之后的一个月，乔丝琳·贝尔和安东尼·休伊什又陆续在不同天区发现了3个类似的脉冲信号。1968年2月24日，他们在英国《自然》杂誌上发表文章。他们将最早发现的那颗脉冲星取名为CP1919，并在文章中指出，这种脉冲星可能就是中子星。1968年6月，美国康奈尔大学托马斯·戈尔德明确指出，乔丝琳·贝尔发现的脉冲星即是做快速自转的中子星。

脉冲星的发现为研究恆星演化开启了一个新视窗，它与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。

1974年，安东尼·休伊什因为在脉冲星的发现上所扮演的角色而获得诺贝尔物理学奖，但是脉冲星的发现者乔丝琳·贝尔却并未一同获奖。