1919（大正8年），本会の前身である日本中等教育数学会が創立される．日本中等教育数学会は，中等教育における数学とその教授法に関する事項を研究し，その進歩改善を図ることを目的に設立される．毎年，総会を開催し，会員が一堂に会して研究協議を行うとともに，学会誌『日本中等教育数学会雑誌』を年4，5回発行し，会員に配布している．また，文部省（当時）へ数学教育に関する建議を行ったり，文部省からの諮問への答申を行ったりしている．1938（昭和13）年には，社団法人となり（旧法），社団法人日本中等教育数学会として活動する．1943（昭和18）年には，かねてより懸案となっていた会の名称の変更が決議され，社団法人日本数学教育会と改称される．

　戦中・終戦直後においては，総会の開催や学会誌の発行ができない時期もあったが，1946（昭和21）年には総会が再開され，1948（昭和23）年の第30回総会からは毎年，全国算数数学教育研究大会と合わせて開催されるようになる．この年，定款も新しく改定され，戦後の新制度の下での再出発がなされる．学会誌も1946（昭和21）年から発行が再開され，翌1947（昭和22）年には雑誌名を『数学教育』と改めて『数学教育』第1巻（通巻第29巻）が発行される．また，1952（昭和27）年には，初等教育における算数を対象とした新しい学会誌『算数教育』の発行も始まる．

　1961（昭和36）年には，数学教育の学術的研究，基礎的研究を専門とした学会誌『数学教育学論究』の発行が新たに加えられ，1966（昭和41）年から，学術的な研究論文の発表と討議を目的とした数学教育論文発表会が始まる．こうした学会の学術的な発展を鑑み，1969（昭和44）年には，会の名称が再び変更され，社団法人日本数学教育学会と改称される．1974（昭和49）年と1983（昭和58）年には，数学教育論文発表会はICMI（International Commission on Mathematical Instruction）国際会議と合わせて開催され，2000（平成12）年にはICME-9（9th International Congress on Mathematical Education）を開催している．

　2014（平成26）年には法改正に伴い，公益法人の認定を受け，公益社団法人日本数学教育学会として，今日に至る．