Pośród pierwszych, którzy zidentyfikowali mózg jako główny ośrodek kontrolujący ciało, byli Hipokrates i jego zwolennicy, inaugurując poważną zmianę w myśleniu z egipskich, biblijnych i wczesnych greckich poglądów, które opierały prymat kontroli ciała na sercu. Przekonanie to zostało poparte przez greckiego lekarza Galena, który stwierdził, że aktywność umysłowa występuje raczej w mózgu niż w sercu, twierdząc, że mózg, zimny, wilgotny organ zbudowany ze spermy, jest siedzibą duszy zwierzęcej – jednej z trzech „dusz” znajdujących się w ciele, z których każda związana jest z głównym organem.
Szwajcarski pastor Johann Kaspar Lavater (1741-1801) w swoich Physiognomische Fragmente, opublikowanych w latach 1775-1778, wprowadził ideę, że fizjonomia odnosi się do konkretnych cech charakteru jednostek, a nie do ogólnych typów. Jego praca została przetłumaczona na język angielski i opublikowana w 1832 roku jako The Pocket Lavater, or, The Science of Physiognomy. Uważał, że myśli umysłu i namiętności duszy są związane z zewnętrznym wyglądem jednostki.
O czole: Kiedy czoło jest idealnie prostopadłe, od włosów do brwi, oznacza to całkowity brak zrozumienia. (s. 24)
W 1796 r. niemiecki lekarz Franz Joseph Gall (1758-1828) rozpoczął wykłady z organologii: wyodrębniania zdolności umysłowych, a później z kranioskopii, która polegała na odczytywaniu kształtu czaszki w odniesieniu do danej osoby. To właśnie współpracownik Galla, Johann Gaspar Spurzheim, spopularyzował termin „frenologia”.
W 1809 roku Gall zaczął pisać swoje główne dzieło, Anatomię i fizjologię układu nerwowego w ogóle, a mózgu w szczególności, z uwagami na temat możliwości ustalenia kilku intelektualnych i moralnych skłonności człowieka i zwierzęcia na podstawie konfiguracji ich głów. Została ona opublikowana dopiero w 1819 roku. We wstępie do tej głównej pracy Gall składa następujące oświadczenie w odniesieniu do swoich zasad doktrynalnych, które stanowią intelektualną podstawę frenologii:
- Mózg jest organem umysłu
- Mózg nie jest jednorodną jednością, ale agregatem organów umysłowych o specyficznych funkcjach
- Organy mózgowe są zlokalizowane topograficznie
- Pozostałe rzeczy są równe, względna wielkość każdego poszczególnego narządu psychicznego wskazuje na moc lub siłę tego narządu
- Ponieważ czaszka kostnieje nad mózgiem podczas rozwoju niemowlęcia, zewnętrzne środki kraniologiczne mogły być użyte do diagnozowania wewnętrznych stanów charakterów umysłowych
Dzięki uważnej obserwacji i rozległym eksperymentom Gall wierzył, że ustanowił związek między aspektami charakteru, zwanymi fakultetami, a precyzyjnie określonymi organami w mózgu.
Johann Spurzheim był najważniejszym współpracownikiem Galla. Pracował jako anatom Galla do 1813 roku, kiedy to z nieznanych powodów doszło między nimi do trwałego rozpadu. Publikując pod własnym nazwiskiem, Spurzheim z powodzeniem rozpowszechnił frenologię w Wielkiej Brytanii podczas swoich podróży wykładowych w latach 1814 i 1815 oraz w Stanach Zjednoczonych w 1832 roku, gdzie ostatecznie zmarł.
Gall był bardziej zainteresowany stworzeniem nauki fizycznej, więc to właśnie dzięki Spurzheimowi frenologia została po raz pierwszy rozpowszechniona w Europie i Ameryce. Frenologia, choć nie została powszechnie zaakceptowana, nie była zjawiskiem marginalnym w tamtych czasach. George Combe stał się głównym propagatorem frenologii w świecie anglojęzycznym po tym, jak obejrzał sekcję mózgu Spurzheima, przekonując go o zaletach frenologii.
Popularyzacja frenologii wśród klas średnich i robotniczych wynikała po części z przekonania, że wiedza naukowa jest ważna i świadczy o wyrafinowaniu i nowoczesności. Tanie i obfite pamflety, jak również rosnąca popularność wykładów naukowych jako rozrywki, również pomogły rozpowszechnić frenologię wśród mas. Combe stworzył system filozofii ludzkiego umysłu, który stał się popularny wśród mas ze względu na swoje uproszczone zasady i szeroki zakres zastosowań społecznych, które harmonizowały z liberalnym wiktoriańskim światopoglądem. Książka George’a Combe’a On the Constitution of Man and its Relationship to External Objects sprzedała się w ponad 200 000 egzemplarzy w dziewięciu wydaniach. Combe poświęcił również dużą część swojej książki na pogodzenie religii i frenologii, co przez długi czas było punktem spornym. Innym powodem jej popularności było to, że frenologia balansowała pomiędzy wolną wolą a determinizmem. Wrodzone zdolności człowieka były jasne, a żadna zdolność nie była postrzegana jako zła, choć nadużywanie jej było złe. Frenologia pozwalała na samodoskonalenie i awans, jednocześnie dostarczając pożywki dla ataków na arystokratyczne przywileje. Frenologia miała również szeroki oddźwięk, ponieważ była filozofią reformatorską, a nie radykalną. Frenologia nie ograniczała się do zwykłych ludzi, a zarówno królowa Wiktoria, jak i książę Albert zaprosili George’a Combe’a, by odczytał głowy ich dzieci.
Amerykańscy bracia Lorenzo Niles Fowler (1811-1896) i Orson Squire Fowler (1809-1887) byli czołowymi frenologami swoich czasów. Orson, wraz z współpracownikami Samuel Robert Wells i Nelson Sizer, prowadził frenological biznesu i wydawnictwa Fowlers & Wells w Nowym Jorku. Tymczasem Lorenzo spędził większą część swojego życia w Anglii, gdzie zainicjował słynne wydawnictwo frenologiczne, L.N Fowler & Co. i zyskał znaczną sławę dzięki swojej głowie frenologicznej (porcelanowa głowa pokazująca wydziały frenologiczne), która stała się symbolem dyscypliny. Orson Fowler był znany ze swojego ośmiokątnego domu.
Frenologia pojawiła się w czasach, gdy procedury naukowe i standardy dopuszczalnych dowodów były jeszcze skodyfikowane. W kontekście społeczeństwa wiktoriańskiego, frenologia była szanowaną teorią naukową. Przykładem wiarygodności frenologii w tamtych czasach było Towarzystwo Frenologiczne w Edynburgu założone przez George’a i Andrew Combe’ów, w skład którego wchodziło wielu niezwykle wpływowych reformatorów społecznych i intelektualistów, w tym wydawca Robert Chambers, astronom John Pringle Nichol, ewolucjonista Hewett Cottrell Watson oraz reformator polityki azylowej William A.F. Browne. W 1826 roku szacuje się, że spośród 120 członków edynburskiego towarzystwa jedna trzecia wywodziła się z medycyny. Do lat czterdziestych XIX wieku w Londynie istniało ponad 28 towarzystw frenologicznych zrzeszających ponad 1000 członków. Innym ważnym uczonym był Luigi Ferrarese, czołowy włoski frenolog. Opowiadał się za tym, że rządy powinny przyjąć frenologię jako naukowy środek zwalczania wielu społecznych bolączek, a jego Memorie Riguardanti La Dottrina Frenologica (1836), jest uważany za „jedno z fundamentalnych dzieł XIX wieku w tej dziedzinie”.
Tradycyjnie umysł był badany poprzez introspekcję. Frenologia stanowiła atrakcyjną, biologiczną alternatywę, która próbowała połączyć wszystkie zjawiska psychiczne za pomocą spójnej terminologii biologicznej. Podejście Galla przygotowało drogę do badań nad umysłem, które doprowadziły do upadku jego własnych teorii. Frenologia przyczyniła się do rozwoju antropologii fizycznej, medycyny sądowej, wiedzy o układzie nerwowym i anatomii mózgu, jak również przyczyniając się do psychologii stosowanej.
John Elliotson był genialny, ale niekonsekwentny specjalista serca, który stał się frenologiem w 1840s. Był także mesmerist i połączył te dwa w coś, co nazwał phrenomesmerism lub phrenomagnatism. Zmiana zachowania poprzez mesmeryzm ostatecznie wygrał w szpitalu Elliotson, stawiając frenologii w podrzędnej roli. Inni połączyli frenologii i mesmeryzmu, jak również, takich jak praktyczne frenologów Collyer i Joseph R. Buchanan. Korzyści z połączenia mesmeryzmu i frenologii polegały na tym, że trans, w który wprowadzany był pacjent, miał pozwolić na manipulowanie jego penchantami i cechami. Na przykład, jeśli dotknięto organu poczucia własnej wartości, badany przybierał wyniosły wyraz twarzy.
– J.C. Flugel (1933)
Phrenologia została w większości zdyskredytowana jako teoria naukowa do lat 40. XIX wieku. Wynikało to tylko częściowo z rosnącej liczby dowodów przeciwko frenologii. Frenolodzy nigdy nie byli w stanie zgodzić się na najbardziej podstawowych numerów organów psychicznych, idąc od 27 do ponad 40, i miał trudności z lokalizacją narządów psychicznych. Frenolodzy polegali na kranioskopowych odczytach czaszki, aby znaleźć lokalizację narządów. Eksperymenty Jeana Pierre’a Flourensa na mózgach gołębi wskazywały, że utrata części mózgu albo nie powodowała żadnej utraty funkcji, albo powodowała utratę zupełnie innej funkcji niż ta, którą przypisywała mu frenologia. Eksperyment Flourensa, choć niedoskonały, zdawał się wskazywać, że rzekome organy Galla były wyimaginowane. Naukowcy byli również rozczarowani frenologią od czasu jej wykorzystania przez przedsiębiorców wśród klasy średniej i robotniczej. Popularyzacja doprowadziła do uproszczenia frenologii i wmieszania w nią zasad fizjonomii, którą Gall od początku odrzucał jako wskaźnik osobowości. Frenologia od początku była skażona oskarżeniami o propagowanie materializmu i ateizmu, a także o niszczenie moralności. Wszystkie te czynniki doprowadziły do upadku frenologii. Ostatnie badania, przy użyciu nowoczesnych technologii, takich jak rezonans magnetyczny, jeszcze bardziej obaliły twierdzenia frenologii.
Na początku XX wieku nastąpiło ożywienie zainteresowania frenologią, częściowo z powodu badań ewolucji, kryminologii i antropologii (prowadzonych przez Cesare Lombroso). Najsłynniejszym brytyjskim frenologiem XX wieku był londyński psychiatra Bernard Hollander (1864-1934). Jego główne prace, The Mental Function of the Brain (1901) i Scientific Phrenology (1902), są oceną nauk Galla. Hollander wprowadził ilościowe podejście do diagnozy frenologicznej, definiując metodę pomiaru czaszki i porównując pomiary ze średnimi statystycznymi.
W Belgii Paul Bouts (1900-1999) rozpoczął studia nad frenologią z pedagogicznego punktu widzenia, wykorzystując analizę frenologiczną do określenia indywidualnej pedagogiki. Łącząc frenologię z typologią i grafologią, stworzył globalne podejście znane jako psychognomia.
Bouts, ksiądz rzymskokatolicki, stał się głównym promotorem odnowionego XX-wiecznego zainteresowania frenologią i psychognomią w Belgii. Był również aktywny w Brazylii i Kanadzie, gdzie założył instytuty charakterologii. Jego prace Psychognomie i Les Grandioses Destinées individuelle et humaine dans la lumière de la Caractérologie et de l’Evolution cérébro-cranienne są uważane za standardowe dzieła w tej dziedzinie. W tej ostatniej pracy, badającej temat paleoantropologii, Bouts rozwinął teleologiczny i ortogenetyczny pogląd o doskonalącej się ewolucji, od paleo-encefalicznych kształtów czaszki człowieka prehistorycznego, które uważał za wciąż dominujące u przestępców i dzikusów, w kierunku wyższej formy ludzkości, utrwalając w ten sposób problematyczne rasizowanie szkieletu ludzkiego przez frenologię. Bouts zmarł 7 marca 1999 roku. Jego dzieło jest kontynuowane przez holenderską fundację PPP (Per Pulchritudinem in Pulchritudine), prowadzoną przez Anette Müller, jedną z uczennic Boutsa.
W latach 30. belgijskie władze kolonialne w Rwandzie wykorzystywały frenologię do wyjaśnienia tzw. wyższości Tutsi nad Hutu.
W latach 30.