Eines der frühesten Patente für eine „Endloskettensäge“, bestehend aus einer Kette aus Gliedern mit Sägezähnen, wurde 1883 an Frederick L. Magaw aus Flatlands, New York, erteilt, offenbar mit dem Zweck, Bretter herzustellen, indem die Kette zwischen gerillten Trommeln gespannt wurde.Ein späteres Patent mit einem Führungsrahmen wurde Samuel J. Bens aus San Francisco am 17. Januar 1905 erteilt, mit der Absicht, riesige Mammutbäume zu fällen.Die erste tragbare Kettensäge wurde 1918 vom kanadischen Mühlenbauer James Shand entwickelt und patentiert.Nachdem er 1930 seine Rechte verfallen ließ, wurde seine Erfindung 1933 von der deutschen Firma Festo weiterentwickelt. Das heute unter dem Namen Festool firmierende Unternehmen stellt tragbare Elektrowerkzeuge her.Weitere wichtige Mitwirkende der modernen Kettensäge sind Joseph Buford Cox und Andreas Stihl;Letzterer patentierte und entwickelte 1926 eine elektrische Kettensäge für den Einsatz auf Baustellen und 1929 eine benzinbetriebene Kettensäge und gründete ein Unternehmen zur Massenproduktion dieser Kettensägen.Im Jahr 1927 entwickelte Emil Lerp, der Gründer von Dolmar, die weltweit erste benzinbetriebene Kettensäge und produzierte sie in Serie.

Der Zweite Weltkrieg unterbrach die Lieferung deutscher Kettensägen nach Nordamerika, sodass neue Hersteller entstanden, darunter Industrial Engineering Ltd (IEL) im Jahr 1939, der Vorläufer von Pioneer Saws Ltd und Teil der Outboard Marine Corporation, dem ältesten Hersteller von Kettensägen in Nordamerika Amerika.

Im Jahr 1944 beaufsichtigte Claude Poulan deutsche Gefangene beim Schneiden von Faserholz in Osttexas.Poulan nutzte einen alten LKW-Kotflügel und formte daraus ein gebogenes Stück, das zur Führung der Kette diente.Die „Bogenführung“ ermöglichte nun die Bedienung der Kettensäge durch einen einzelnen Bediener.

McCulloch in Nordamerika begann 1948 mit der Produktion von Kettensägen. Die ersten Modelle waren schwere Zwei-Personen-Geräte mit langen Schwertern.Kettensägen waren oft so schwer, dass sie Räder wie Schleppsägen hatten.Andere Betriebe verwendeten angetriebene Leitungen von einer Antriebseinheit mit Rädern, um den Schneidbalken anzutreiben.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden Kettensägen durch Verbesserungen im Aluminium- und Motordesign so leichter, dass sie von einer Person getragen werden konnten.In einigen Gebieten wurden die Kettensägen- und Rückeschleppermannschaften durch Fäll-, Bündel- und Erntemaschinen ersetzt.

Kettensägen haben einfache, von Menschen betriebene Sägen in der Forstwirtschaft fast vollständig ersetzt.Sie werden in vielen Größen hergestellt, von kleinen Elektrosägen für den Haus- und Gartengebrauch bis hin zu großen „Holzfäller“-Sägen.Mitglieder von Militäringenieureinheiten werden im Umgang mit Kettensägen geschult, ebenso wie Feuerwehrleute für die Bekämpfung von Waldbränden und die Belüftung von Gebäudebränden.

Es werden hauptsächlich drei Typen von Kettensägenschärfgeräten verwendet: Handfeile, elektrische Kettensäge und stangenmontierte Schärfgeräte.

Die erste elektrische Kettensäge wurde 1926 von Stihl erfunden. Ab den 1960er Jahren wurden kabelgebundene Kettensägen der Öffentlichkeit zum Verkauf angeboten, diese waren jedoch kommerziell nie so erfolgreich wie die älteren gasbetriebenen Modelle, da die Reichweite begrenzt war und das Vorhandensein einer Säge abhängig war Steckdose sowie das Gesundheits- und Sicherheitsrisiko, das durch die Nähe des Messers zum Kabel entsteht.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts blieben benzinbetriebene Kettensägen größtenteils der am weitesten verbreitete Typ, doch ab Ende der 2010er-Jahre bekamen sie Konkurrenz durch schnurlose, mit Lithiumbatterien betriebene Kettensägen.Obwohl die meisten Akku-Kettensägen klein sind und nur zum Heckenschneiden und Baumschneiden geeignet sind, begannen Husqvarna und Stihl Anfang der 2020er-Jahre mit der Herstellung vollwertiger Kettensägen zum Schneiden von Baumstämmen.Aufgrund der für 2024 geplanten staatlichen Beschränkungen für gasbetriebene Gartengeräte dürften batteriebetriebene Kettensägen in Kalifornien einen größeren Marktanteil verzeichnen.