ICAD/VisionLab teve origem em um laboratório de pesquisa fundado em 1989 pelo Professor Bruno Feijó no Departamento de Informática da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), com financiamento parcial da FAPERJ. Essa iniciativa marcou a primeira vez no Brasil em que um departamento de Ciência da Computação estabeleceu um programa formal de pesquisa nas áreas de Computer-Aided Design (CAD) e Animação Computacional. Os fundamentos conceituais do laboratório foram fortemente influenciados pela experiência profissional do Professor Feijó na Control Data Corporation (CDC), empresa pioneira em tecnologias CAD/CAM (ICEM) e sistemas de modelagem 3D (SynthaVision/MAGI), notadamente utilizados no filme Tron.
Em 1989, o ICAD foi integrado ao Tecgraf, à época um laboratório vinculado ao Departamento de Engenharia Civil, formando um modelo inovador de integração entre indústria e academia. Essa colaboração perdurou até 1994. Entre 1997 e 2002, o ICAD ampliou sua agenda de pesquisa, passando a incluir trabalhos experimentais em jogos digitais e efeitos visuais para televisão.
Nesse mesmo período, a FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) iniciou a estruturação de um novo centro nacional de Pesquisa e Desenvolvimento voltado à área de imagens digitais, com apoio técnico do ICAD. Em 2003, essa mudança estratégica resultou em um primeiro investimento da FINEP para a criação de um grupo de pesquisa no Departamento de Informática da PUC-Rio, denominado VisionLab. Sua missão era atuar como iniciativa semente para um projeto de maior porte, com o objetivo de posicionar o Brasil como um ator internacional nas áreas de visualização e entretenimento digital. Nesse mesmo ano, o ICAD passou a responder pela pesquisa em jogos dentro do VisionLab, adotando a denominação ICAD/IGames.
Mais uma vez, o Departamento de Informática da PUC-Rio assumiu um papel pioneiro no cenário nacional, tornando-se o primeiro departamento de Ciência da Computação do país a realizar pesquisa acadêmica nas áreas de estudos de jogos e produção de conteúdo digital. O ICAD/IGames/VisionLab tornou-se um elemento central de um novo modelo de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação alinhado às políticas industriais nacionais promovidas pela FINEP. Esse modelo levou à criação da Rede Brasileira de Visualização (RBV), que integrou atividades de P&D em visualização em setores estratégicos como televisão e cinema digitais, jogos, energia, manufatura, geoprocessamento, visualização de dados científicos, segurança e defesa. A RBV foi coordenada por laboratórios líderes de cinco universidades: PUC-Rio, UFRJ, UFPE, USP, PUCRS e por um instituto nacional de pesquisa, o Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC).
Em 2006, os grupos ICAD/IGames e VisionLab operavam em locais distintos: o ICAD/IGames no campus da PUC-Rio, na Gávea, e o VisionLab no Polo Rio Cine & Vídeo, na Barra da Tijuca. Um dos resultados mais significativos da RBV foi sua influência no desenvolvimento do setor de jogos no Brasil, que passou a florescer em regiões como São Paulo, Rio de Janeiro, Pernambuco e Rio Grande do Sul. A participação do VisionLab no programa da RBV foi concluída em 2008, quando os grupos ICAD/IGames e VisionLab foram consolidados no campus da PUC-Rio sob a denominação unificada ICAD/VisionLab.
Ainda em 2008, o ICAD/VisionLab iniciou um programa colaborativo com o Instituto Oi Futuro, contribuindo para a criação do NAVE: um centro educacional voltado à mídia digital, dedicado à formação técnica em nível médio na rede pública. Em sua fase mais recente, o ICAD/VisionLab organizou suas atividades de pesquisa em quatro grupos principais: Jogos, Efeitos Visuais e Animação, Narrativa Interativa e Multimídia e Educação.