是通過將數百萬或數十億的MOS晶體管組合到一個芯片上來創造集成電路（IC）的過程。VLSI始于20世紀70年代，當時MOS集成電路（金屬氧化物半導體）芯片被開發出來，然后被廣泛采用，實現了復雜的半導體和電信技術。微處理器和存儲芯片是VLSI設備。

在引入VLSI技術之前，大多數集成電路有一套有限的功能，它們可以執行。一個電子電路可能由一個CPU，ROM，RAM和其他膠合邏輯組成。VLSI使IC設計者能夠將所有這些都加入到一個芯片中。

晶體管的歷史可以追溯到20世紀20年代，當時幾位發明家嘗試了旨在控制固態二極管中的電流并將其轉換為三極管的裝置。成功出現在第二次世界大戰之后，當時硅和鍺晶體作為雷達探測器的使用導致了制造和理論的改進。曾從事雷達研究的科學家們回到了固態器件的開發。隨著1947年xxx個晶體管在貝爾實驗室的發明，電子學領域從真空管轉向固態設備。

隨著小型晶體管的出現，20世紀50年代的電子工程師們看到了構建更先進電路的可能性。然而，隨著電路的復雜性增加，問題也隨之出現。一個問題是電路的尺寸。像計算機這樣的復雜電路是取決于速度的。如果元件很大，連接它們的電線就必須很長。電信號需要時間來通過電路，從而減慢了計算機的速度。

杰克-基爾比和羅伯特-諾伊斯發明的集成電路解決了這個問題，它把所有的元件和芯片都做成了同一塊（單片）半導體材料。電路可以做得更小，而且制造過程可以自動化。這導致了在單晶硅片上集成所有元件的想法，這導致了60年代初的小規模集成（SSI），然后是60年代末的中等規模集成（MSI）。

VLSI通用微電子公司在1964年推出了xxx個商用MOS集成電路。在20世紀70年代初，MOS集成電路技術允許在單個芯片中集成超過10,000個晶體管。這為20世紀70年代和80年代的超大規模集成電路鋪平了道路，一個芯片上有數萬個MOS晶體管（后來是數十萬，然后是數百萬，現在是數十億）。

xxx批半導體芯片每個有兩個晶體管。隨后的進步增加了更多的晶體管，因此，隨著時間的推移，更多的單獨功能或系統被集成。xxx批集成電路僅有幾個器件，也許多達十個二極管、晶體管、電阻和電容，這使得在一個器件上制造一個或多個邏輯門成為可能。現在被稱為小規模集成（SSI），技術的改進導致了具有數百個邏輯門的器件，被稱為中等規模集成（MSI）。進一步的改進導致了大規模集成（LSI），即至少有一千個邏輯門的系統。目前的技術已經遠遠超過了這一標準，今天的微處理器擁有數百萬個門和數十億個單獨的晶體管。

曾幾何時，人們努力對高于VLSI的各種大規模集成水平進行命名和校準。像超大規模集成（ULSI）這樣的術語被使用。但是，普通設備上的大量門和晶體管已經使這種精細的區分變得毫無意義。暗示大于VLSI集成度的術語已不再被廣泛使用。

2008年，十億晶體管處理器開始投入商業使用。隨著半導體制造從當時的65納米工藝的進步，這變得更加普遍。目前的設計，與最早的設備不同，使用廣泛的設計自動化和自動邏輯合成來布置晶體管，使所產生的邏輯功能具有更高水平的復雜性。某些高性能的邏輯塊，如SRAM（靜態隨機存取存儲器）單元，仍然由手工設計，以確保最高的效率。

結構化VLSI設計是由Carver Mead和Lynn Conway提出的一種模塊化方法，通過最小化互連結構面積來節省微芯片面積。這是通過重復安排矩形宏塊來實現的，這些宏塊可以通過基座的布線進行互連。一個例子是將一個加法器的布局劃分為一排相等的位片單元。在復雜的設計中，這種結構化可以通過分層嵌套來實現。

結構化的VLSI設計在20世紀80年代早期曾很流行，但后來由于放置和路由工具的出現而失去了它的流行。