Sigma, der 18. Buchstabe des griechischen Alphabets, wurde 1860 von Francis Galton in der Statistik eingeführt, um die Variabilität um einen Mittelwert zu kennzeichnen. Der Six Sigma-Ansatz hat seine Wurzeln in Carl Friedrich Gauss‘ Arbeit von 1809 über die Normalverteilung und wurde später im 19. Jahrhundert durch Walter Shewharts Arbeit weiterentwickelt, der aufzeigte, dass bei einer Abweichung von drei Sigma vom Mittelwert Prozessverbesserungen notwendig sind.
Das moderne Six-Sigma-Konzept entstand in den Jahren 1986/87 bei Motorola, einem amerikanischen Unternehmen, das damals aufgrund von Qualitätsproblemen im Wettbewerb mit japanischen Firmen stand. Motorola reagierte darauf, indem es seine Qualitätsziele drastisch erhöhte und eine präzisere Fehlerzählung einführte, inspiriert durch Verbesserungen, die die Matsushita Gruppe in einer zuvor von Motorola übernommenen Fernsehgeräte-Sparte erreicht hatte.
Motorola startete 1987 ein Qualitätsverbesserungsprogramm mit ambitionierten Zielen, die bis 1992 eine Six-Sigma-Qualität vorsahen, also nur noch 3,4 Fehler pro Million Möglichkeiten. Trotz einer Investition von 25 Millionen US-Dollar in die Schulung von Mitarbeitern sparte Motorola fast 480 Millionen US-Dollar und erhielt für diese Leistungen 1988 den Malcolm Baldrige National Quality Award.
Die Popularität von Six Sigma wuchs weiter, als General Electric den Ansatz 1996 zu seiner offiziellen Qualitätsstrategie machte. Die Bekanntgabe von Einsparungen in Höhe von 2 Milliarden US-Dollar über drei Jahre führte zu einem erweiterten Interesse an Six Sigma, das sich von der Fertigungsindustrie auch auf Dienstleistungs- und Verwaltungsbereiche ausdehnte.