初期のメインフレーム・システムは、2,000～10,000平方フィート（約186～930平米）の広さの部屋いっぱいに金属フレームを張り巡らせていました。こうした超大型マシンには、膨大な量の電力、空調、大量の入出力（I/O）デバイスが必要でした。今日のメインフレームは、「ビッグ・アイアン」と呼ばれていた初期のマシンよりもずっと小型化され、大型冷蔵庫ほどの大きさとなっています。最新モデル（標準の19インチ・ラックを備えたIBM z16シングル・フレーム・システムなど）は、企業の敷地内に設けられたオンプレミス・データセンターでも、クラウド・データセンターでも、最新のデータセンター内の他のITインフラストラクチャーやシステムと簡単に統合できるように構築されています。

1937年に設計されたHarvard Mark I、またはIBM Automatic Sequence Controlled Calculator（ibm.com外部へのリンク）は、世界初のメインフレーム・コンピューターとして知られています。米海軍艦艇局は第二次世界大戦末期に、軍事目的で数学の問題を素早く解くためにこの機械を使用しました。

1951年、Eckert-Mauchly Computer Corporation（EMCC）社は、世界初の商用メインフレームであるUNIVAC（ibm.com外部へのリンク）の構築を開始しました。その後間もない1953年には、IBMが商用ビジネス向けに設計された最初のメインフレーム、IBMモデル701電子データ処理マシンを発表しました。同社の最初の電子コンピューターである701は、計算能力の高度化、メモリー容量の増量、小型化が急速に進み、前身のコンピューターよりも約25倍から50倍の高速化を実現していました。

1950年代に米国で大規模商用コンピューターを製造していた他のメーカーには、Burroughs社、Datamatic社、GE社、RCA社、Philco社などがあります。

最初の現代的なメインフレームである IBM System/360は、1964年に市場に登場しました。このマシンはそれから2年以内に、業界標準としてメインフレーム・コンピューター市場を独占しました。このマシンが登場する前は、新しいマシンごとにソフトウェアをカスタム作成する必要があり、商用ソフトウェア会社は存在しませんでした。System/360はソフトウェアをハードウェアから分離し、市場初めて、あるマシン用に作成されたソフトウェアがそのライン内の他のどのマシンでも実行できるようになりました。

多くの人が仮想化をクラウド・コンピューティングと関連付けていますが、商用の仮想化テクノロジーは、システム・リソースを論理的に分割して大規模なユーザー・グループ間で共有する方法としてメインフレームで始まりました。仮想化が誕生する以前は、メインフレームのITプロフェッショナルはキーパンチ、一括操作または単一操作でOSを使用してITを運用していました。1964年、IBMはCP/CMSをリリースしました。この軽量のシングル・ユーザー・オペレーティング・システムには、仮想マシン（VM）を構成する最初のハイパーバイザーが含まれていました。これにより、基盤となるハードウェアが仮想化され、効率が向上し、コストが削減されました。

1970年に発表されたIBM System/370は、データと命令を格納するために、IBMが初めて磁性鉄フェライト・コア技術からシリコン・メモリー・チップに移行した製品です。シリコン・メモリー・チップは動作速度が速く、必要な設置スペースも大幅に小さくて済むようになりました。System/370が発売されてから半年後、『Electronic News』誌に「シリコンバレー」という言葉が初めて活字で表現されました。

70年代から80年代にかけてのメインフレーム市場におけるその他の主要メーカーとしては、富士通、ヒューレット・パッカード、日立、Honeywell社、RCA、シーメンス、Sperry Univac社などが挙げられます。この間、メインフレーム業界では、マシンの小型化、I/Oパフォーマンスの向上、メモリーの大容量化、プロセッサーの複数化などにより進歩が続き、機能強化と容量増大が実現されました。

1990年代にパーソナル・コンピューターやその他のテクノロジーの使用が加速するにつれ、メインフレームの終焉を予測するアナリストもいました。実際、1991年には、InfoWorldのアナリスト、Stewart Alsop氏が、「最後のメインフレームは1996年3月15日に電源が切られるだろう」という有名な予測をしました。

しかし、メインフレームは、業界全体にわたって中核的なITインフラストラクチャーとして使用され続けています。2022年4月、IBMは最新世代のIBM zSeriesであるz16を発表しました。これは、業界初のオンチップ統合アクセラレーターを搭載した IBM Telumプロセッサーを使用しており、これまでにない速度と規模（および極めて低いレイテンシー）でAIを使用して予測とオートメーションを実現します。

現代のメインフレームには、独自のプロセッサーとメモリーを備えたネットワーク、暗号化、ストレージ、圧縮カードが搭載されています。また、オペレーティング・システムとI/O（入出力デバイス）間のデータ転送を高速化するシステム・アシスト・プロセッサー（SAP）と、LinuxやJava、その他のワークロードを実行するプロセッサーも搭載されています。こうした構成により、メインフレームは高スループットのボリュームを処理しながら、継続的にピーク使用率を実現できます。

メインフレーム・テクノロジーの多数のプロセッサーは、膨大なデータ・ワークロードや大量の金融取引などを処理するために大規模なトランザクション処理に依存するさまざまな業界のビジネス（政府機関、公益事業会社、金融機関、医療機関など）をサポートします。今日のメインフレーム・ソリューションは、コア・システムと統合する拡張機能と統合レイヤーを備え、クラウド・コンピューティング、データ管理、ビッグデータと分析、人工知能（AI）、量子コンピューティングもサポートするように設計されています。

メインフレームは、データを高速に保存および処理するサーバーとして機能し、数百万の命令を同時に実行できます。一方、スーパーコンピューターははるかに高速で、1秒間に数十億の浮動小数点演算を実行できます。また、天気予報、気候研究、分子モデリング、物理シミュレーションなど、膨大な計算量を必要とする作業も実行できます。

その代わりとして、2つのシステムが統合され、総合的なデジタル変革戦略が構築されました。そのため、メインフレームベースのアプリケーションのモダナイゼーション、オンプレミス、パブリッククラウド、プライベートクラウド、エッジ設定を組み合わせて統合し、単一の柔軟なITインフラストラクチャーを構成する今日のエンタープライズ向けハイブリッドクラウド・アプローチの重要な部分になっています。

メインフレームの機能をハイブリッド・クラウド環境に統合および拡張することで、企業はワークロードに最適な環境（クラウドまたはオンプレミス）を選択し、各プラットフォームのイノベーション、技術的進歩、セキュリティー、回復力を最大限に高めることができます。たとえば、航空会社は、クラウドベースの予約情報など、顧客が旅行情報を管理するためのアプリケーションを作成できます。このサービスは、フライトの到着時刻や出発時刻の変更など、メインフレームに保存されているデータにもアクセスできます。このサービスは、既存のメインフレームの機能を置き換えたり、改善したりするものではありません。代わりに、顧客はクラウドとオンプレミスの両方に存在するデータの利点を最大限に活用できるようになります。

アプリケーションのモダナイゼーション（モノリシックなレガシー・アプリケーションをマイクロサービス・アーキテクチャー上に構築されたクラウド・アプリケーションに変換するプロセス）は、現在のレガシー・アプリケーション、データ、インフラストラクチャーを評価し、適切なモダナイゼーション戦略を適用して目的の結果を達成することから始まります。アプリケーションをリフト・アンド・シフトすることは可能ですが、アプリケーションを再構築してクラウドネイティブ・テクノロジー（コンテナやKubernetesなど）を活用すると、より多くのビジネス価値を実現できる場合が多くあります。

現在、メインフレーム・アプリケーションのモダナイゼーションは、ソフトウェア開発チームとIT運用チームの作業を自動化する一連のプロセスとプラクティスであるDevOpsと密接に連携して機能しています。最近のIDC調査（ibm.com外部へのリンク）では、組織の82％が、メインフレームとクラウドネイティブ環境全体で同じアプリケーション開発ツールの使用を優先する措置を講じていると報告しています。開発チームはDevOpsとDevSecOpsのプラクティスを活用し、自動化された統合パイプラインを通じてアプリケーションを配信することで、対象となるハイブリッドクラウド環境全体でソフトウェアのリリースと更新をより迅速かつ俊敏に配信しています。

サステナビリティーは、ビジネスに欠かせないものとなっています。データセンターは世界のエネルギー消費量の約1％を占めており（ibm.com外部へのリンク）、大規模な組織はESGイニシアチブの一環としてITエネルギー使用量を削減する方法を模索しています。最新のメインフレームはエネルギー消費量が少なく、占有面積も小さいため、データセンターの効率向上に貢献します。