Multe personalități din lumea antică aveau idei despre viziune. Platon, Aristotel, Euclid, Ptolemeu și Galen au avut cu toții ideile lor, dar majoritatea acestor idei erau speculații. Ele nu se bazau pe nicio metodă științifică.
Alhazen (965-c. 1040) a efectuat cercetări și experimente privind percepția vizuală. El a extins lucrările lui Ptolemeu privind vederea binoculară și a comentat lucrările anatomice ale lui Galen.
Se crede că Leonardo da Vinci (1452-1519) a fost primul care a recunoscut calitățile optice speciale ale ochiului. El a scris: "Funcția ochiului uman ... a fost descrisă de un număr mare de autori într-un anumit mod. Dar eu am constatat că este complet diferită". Principala sa descoperire experimentală a fost aceea că există o viziune distinctă și clară doar la nivelul liniei de vedere, linia optică care se termină la fovea. Deși nu a folosit aceste cuvinte în mod literal, el este, de fapt, părintele distincției moderne între viziunea foveală și cea periferică.
Hermann von Helmholtz a examinat ochiul uman și a concluzionat că acesta este, din punct de vedere optic, destul de slab. Calitatea slabă a informațiilor colectate de ochi i s-a părut că face imposibilă vederea. Astfel, el a considerat că vederea ar putea fi doar rezultatul unei forme de deducții inconștiente. Pe lângă informațiile provenite de la ochi, creierul folosea informații din experiențele anterioare. Lumea, așa cum este experimentată, este construită din presupuneri și concluzii din date incomplete, folosind experiența anterioară a lumii.
Exemple de ipoteze bine cunoscute, bazate pe experiența vizuală, sunt:
- lumina vine de sus
- în mod normal, obiectele nu sunt privite de jos
- fețele sunt văzute (și recunoscute) în poziție verticală.
- obiectele mai apropiate pot bloca vederea obiectelor mai îndepărtate, dar nu și invers.
- figurile (adică obiectele de prim-plan) tind să aibă margini convexe.
Studiul iluziilor vizuale (cazuri în care procesul de inferență este greșit) a oferit multe informații despre ce fel de ipoteze face sistemul vizual.