Varios fabricantes y sus sucesores produjeron ordenadores mainframe desde finales de los años 50 hasta principios del siglo XXI, con un número cada vez menor y una transición gradual a la simulación en chips Intel en lugar de hardware propietario. El grupo de fabricantes de EE.UU. se conoció primero como «IBM y los siete enanos»::p.83 generalmente Burroughs, UNIVAC, NCR, Control Data, Honeywell, General Electric y RCA, aunque algunas listas variaron. Más tarde, con la salida de General Electric y RCA, se hablaba de IBM y los BUNCH. El dominio de IBM surgió de su serie 700/7000 y, posteriormente, del desarrollo de los mainframes de la serie 360. Esta última arquitectura ha continuado evolucionando hasta convertirse en sus actuales mainframes zSeries que, junto con los mainframes basados en MCP y OS1100 de Burroughs y Sperry (ahora Unisys), se encuentran entre las pocas arquitecturas de mainframe que aún existen y que pueden remontar sus raíces a este primer periodo. Mientras que la zSeries de IBM todavía puede ejecutar código System/360 de 24 bits, los servidores zSeries de 64 bits y System z9 CMOS no tienen nada en común físicamente con los sistemas más antiguos. Los fabricantes más destacados fuera de Estados Unidos fueron Siemens y Telefunken en Alemania, ICL en el Reino Unido, Olivetti en Italia y Fujitsu, Hitachi, Oki y NEC en Japón. La Unión Soviética y los países del Pacto de Varsovia fabricaron copias cercanas de los mainframes de IBM durante la Guerra Fría; la serie BESM y el Strela son ejemplos de un ordenador soviético de diseño independiente.
La disminución de la demanda y la dura competencia iniciaron una sacudida en el mercado a principios de la década de 1970: RCA vendió a UNIVAC y GE vendió su negocio a Honeywell; entre 1986 y 1990 Honeywell fue adquirida por Bull; UNIVAC se convirtió en una división de Sperry, que más tarde se fusionó con Burroughs para formar Unisys Corporation en 1986.
En 1984 las ventas estimadas de ordenadores de sobremesa (11.600 millones de dólares) superaron por primera vez a los ordenadores centrales (11.400 millones de dólares). IBM recibió la gran mayoría de los ingresos de los mainframes. Durante la década de 1980, los sistemas basados en minicomputadoras se hicieron más sofisticados y pudieron desplazar a la gama baja de los mainframes. Estos ordenadores, a veces llamados departamentales, estaban tipificados por el DEC VAX.
En 1991, AT&T Corporation fue brevemente propietaria de NCR. Durante el mismo período, las empresas descubrieron que los servidores basados en diseños de microordenadores podían desplegarse a una fracción del precio de adquisición y ofrecer a los usuarios locales un control mucho mayor sobre sus propios sistemas, dadas las políticas y prácticas informáticas de la época. Los terminales utilizados para interactuar con los sistemas mainframe fueron sustituidos gradualmente por los ordenadores personales. En consecuencia, la demanda cayó en picado y las nuevas instalaciones de mainframe se limitaron principalmente a los servicios financieros y a la administración pública. A principios de la década de 1990, los analistas del sector coincidían en que el mainframe era un mercado en vías de extinción, ya que las plataformas de mainframe eran sustituidas cada vez más por las redes de ordenadores personales. Stewart Alsop, de InfoWorld, predijo de forma infame que el último mainframe se desconectaría en 1996; en 1993, citó a Cheryl Currid, una analista de la industria informática, diciendo que el último mainframe «dejará de funcionar el 31 de diciembre de 1999», una referencia al problema anticipado del año 2000 (Y2K).
Esta tendencia comenzó a cambiar a finales de la década de los 90, cuando las empresas encontraron nuevos usos para sus mainframes existentes y cuando el precio de las redes de datos se desplomó en la mayor parte del mundo, fomentando la tendencia hacia una informática más centralizada. El crecimiento del comercio electrónico también aumentó drásticamente el número de transacciones de back-end procesadas por el software de mainframe, así como el tamaño y el rendimiento de las bases de datos. El procesamiento por lotes, como la facturación, se hizo aún más importante (y más grande) con el crecimiento del comercio electrónico, y los mainframes son particularmente adeptos a la computación por lotes a gran escala. Otro factor que está aumentando el uso de los mainframes es el desarrollo del sistema operativo Linux, que llegó a los sistemas mainframe de IBM en 1999 y que suele ejecutarse en decenas o hasta c. 8.000 máquinas virtuales en un solo mainframe. Linux permite a los usuarios aprovechar las ventajas del software de código abierto combinado con el hardware RAS del mainframe. La rápida expansión y el desarrollo en los mercados emergentes, especialmente en la República Popular China, también está estimulando importantes inversiones en mainframes para resolver problemas informáticos excepcionalmente difíciles, por ejemplo, proporcionar bases de datos unificadas de procesamiento de transacciones en línea de volumen extremadamente alto para mil millones de consumidores en múltiples sectores (banca, seguros, informes de crédito, servicios gubernamentales, etc.) A finales de 2000, IBM introdujo la arquitectura z/Architecture de 64 bits, adquirió numerosas empresas de software como Cognos e introdujo esos productos de software en el mainframe. Los informes trimestrales y anuales de IBM en la década de 2000 solían informar del aumento de los ingresos del mainframe y de los envíos de capacidad. Sin embargo, el negocio de hardware de mainframe de IBM no ha sido inmune a la reciente caída general del mercado de hardware de servidores ni a los efectos del ciclo del modelo. Por ejemplo, en el cuarto trimestre de 2009, los ingresos del hardware System z de IBM disminuyeron un 27% de un año a otro. Pero los envíos de MIPS (millones de instrucciones por segundo) aumentaron un 4% anual en los dos últimos años. Alsop se hizo fotografiar en 2000, comiéndose simbólicamente sus propias palabras («la muerte del mainframe»).
En 2012, la NASA apagó su último mainframe, un IBM System z9. Sin embargo, el sucesor del z9 de IBM, el z10, llevó a un periodista del New York Times a afirmar cuatro años antes que «la tecnología mainframe -hardware, software y servicios- sigue siendo un negocio grande y lucrativo para I.B.M., y los mainframes siguen siendo los motores de back-office detrás de los mercados financieros del mundo y de gran parte del comercio global». A partir de 2010, aunque la tecnología mainframe representaba menos del 3% de los ingresos de IBM, «sigue desempeñando un papel descomunal en los resultados de Big Blue».
En 2015, IBM lanzó el IBM z13, en junio de 2017 el IBM z14 y en septiembre de 2019 IBM lanzó la última versión del producto, el IBM z15.