Una de les primeres patents d'una "serra de cadena sense fi" que comprenia una cadena d'enllaços que portaven dents de serra es va concedir a Frederick L. Magaw de Flatlands, Nova York el 1883, aparentment amb el propòsit de produir taulers estirant la cadena entre tambors acanalats.Una patent posterior que incorporava un marc de guia va ser concedida a Samuel J. Bens de San Francisco el 17 de gener de 1905, la seva intenció era talar sequoies gegants.La primera motoserra portàtil va ser desenvolupada i patentada el 1918 pel moliner canadenc James Shand.Després de deixar caducar els seus drets el 1930, la seva invenció va ser desenvolupada encara més pel que es va convertir en l'empresa alemanya Festo el 1933. L'empresa, que ara funciona com a Festool, produeix eines elèctriques portàtils.Altres contribuents importants a la motoserra moderna són Joseph Buford Cox i Andreas Stihl;aquest últim va patentar i va desenvolupar una motoserra elèctrica per utilitzar-la en llocs de tronçonament el 1926 i una motoserra alimentada amb gasolina el 1929, i va fundar una empresa per produir-les en massa.El 1927, Emil Lerp, el fundador de Dolmar, va desenvolupar la primera motoserra de gasolina del món i la va produir en massa.

La Segona Guerra Mundial va interrompre el subministrament de motoserres alemanyes a Amèrica del Nord, de manera que van sorgir nous fabricants, inclòs Industrial Engineering Ltd (IEL) el 1939, el precursor de Pioneer Saws Ltd i part d'Outboard Marine Corporation, el fabricant de motoserres més antic del nord. Amèrica.

El 1944, Claude Poulan supervisava presoners alemanys que tallaven fusta per pasta a l'est de Texas.Poulan va utilitzar un parafang de camió antic i el va convertir en una peça corba que s'utilitzava per guiar la cadena.La "guia de proa" ara permetia que la motoserra fos utilitzada per un sol operador.

McCulloch a Amèrica del Nord va començar a produir motoserres el 1948. Els primers models eren aparells pesats per a dues persones amb barres llargues.Sovint, les motoserres eren tan pesades que tenien rodes com les serres d'arrossegament.Altres equips utilitzaven línies conduïdes d'una unitat de potència amb rodes per conduir la barra de tall.

Després de la Segona Guerra Mundial, les millores en el disseny d'alumini i motor van alleugerir les motoserres fins al punt que una sola persona les podia portar.En algunes zones, els equips de motoserres i skidders han estat substituïts per l'apilador i la recol·lectora.

Les motoserres han substituït gairebé completament les simples serres accionades per l'home a la silvicultura.Es fabriquen en moltes mides, des de petites serres elèctriques destinades a l'ús de la llar i el jardí, fins a grans serres de "llenyaler".Els membres de les unitats d'enginyers militars estan entrenats per utilitzar motoserres, així com els bombers per combatre incendis forestals i per ventilar els incendis de les estructures.

S'utilitzen tres tipus principals d'esmoladores de motoserres: llima de mà, motoserra elèctrica i muntada en barra.

La primera motoserra elèctrica va ser inventada per Stihl l'any 1926. Les motoserres amb cable es van posar a la venda al públic a partir de la dècada de 1960, però mai van tenir tant d'èxit comercial com el tipus més antic de gas a causa de l'abast limitat, la dependència de la presència d'un presa elèctrica, més el risc per a la salut i la seguretat de la proximitat de la fulla al cable.

Durant la majoria de les motoserres de gasolina de principis del segle XXI van seguir sent el tipus més comú, però es van enfrontar a la competència de les motoserres sense fil alimentades amb bateries de liti a partir de finals de la dècada de 2010.Tot i que la majoria de motoserres sense fil són petites i adequades només per a la tala de bardisses i la cirurgia d'arbres, Husqvarna i Stihl van començar a fabricar motoserres de mida completa per tallar troncs a principis dels anys 2020.Les motoserres alimentades amb bateries haurien d'augmentar la quota de mercat a Califòrnia a causa de les restriccions estatals previstes per entrar en vigor el 2024 als equips de jardineria amb gas.