Още с появата си теорията на Големия взрив предвижда реликтовото излъчване. Когато ранната Вселена се охлажда при разширението си, нейната температура пада под 3 000 K. Над тази температура електроните и протоните са разделени, правейки Вселената непрозрачна за светлината. Под 3 000 K се образуват атоми, позволяващи на светлината да преминава свободно през Вселената. Това излъчване се движи безпрепятствено през целия живот на Вселената, като става червено-отместено, поради разширението на Хъбъл. То се наблюдава във всяка точка от Вселената като идващо от всички посоки на Космоса.

През 1964 Арно Пензиас и Робърт Удроу Уилсън, провеждащи серия диагностични наблюдения с нов микровълнов приемник на Лабораториите Бел, откриват реликтовото излъчване. Тяхното откритие е важно потвърждение на предвижданията на хипотезата за Големия взрив и довежда до широкото ѝ възприемане в научните среди. Пензиас и Уилсън получават за своето откритие Нобелова награда за физика през 1978.

През 1989 НАСА извежда в орбита спътника COBE и първите данни, публикувани през 1990, съвпадат с предвижданията на теорията за Големия взрив по отношение на реликтовото излъчване. Спътникът измерва локална остатъчна температура от 2,726 K и установява, че излъчването е изотропно с точност до 10^-5. През 90-те години продължава изучаването на данните, за да се установи дали могат да се забележат малките анизотропии, предвиждани от теорията. Те са открити през 2000 при експеримента Бумеранг.

В началото на 2003 са анализирани резултатите на спътника WMAP, най-точните космологични данни до момента. Спътникът опровергава някои специфични модели, но резултатите съответстват като цяло на теорията за разширението.