一战期间化学武器被首次大规模使用。1915年，德国在第二次伊普尔战役中使用氯气攻击法国、加拿大和阿尔及利亚联军。氯气是一种强烈的窒息性气体，空气中有千分之一的氯气即可使人丧命。这次氯气攻击使至少15000人中毒，6000人丧生。此后交战双方开始相互使用并研发新型毒气，芥子气、光气等威力更强大的毒气陆续投入实战。在整个一战期间化学武器造成了至少9万人死亡，12万人受伤。
1929年通过的《日内瓦公约》再一次强调了针对化学武器的禁令，但这并没有完全阻止对它的使用。1935年，意大利在埃塞俄比亚使用芥子气令15000名埃塞俄比亚士兵丧生，埃军迅速溃败。日军侵华期间不顾国联要求其停止使用化学武器的决议，在中国大量使用了化学武器。有准确记载的施放次数超过2千次，范围遍及18个省，据粗略估计，造成至少10万中国军民死亡。
二战结束后，针对化学武器的研究再度兴起。毒性更强的塔崩、沙林、莎曼和维埃克斯等相继诞生。以沙林为例，1公斤的沙林毒气便可杀死100万人。两伊战争中伊拉克对伊朗及本国库尔德人就是用了塔崩、沙林等神经毒气，也有以芥子气为主的糜烂性毒剂，有5万人因此丧生。这是二战后化学武器最大规模的一次使用，也是历史上动用化学武器对付平民的最大一次军事行动。
美军在越战中也曾使用过化学武器。由于越南南方有1/3 的地区被丛林覆盖着，有利于越共军队开展游击战。美军于是启动了“农场雇员”行动，希望通过大范围布洒落叶剂，令植物枯萎从而使越共军队失去丛林的掩护。落叶剂虽然是一种除草剂而并非杀伤性武器，但是对人仍有毒性，战后在越南造成了大量落叶剂受害者。
化学武器由于其原料容易取得，制造及运输成本低，号称是“穷人的原子弹”，尤其被恐怖组织青睐。最著名的毒气恐怖袭击是发生在1995年于日本爆发的东京地铁沙林毒气事件。袭击造成13人死亡，6300人受伤。
1997年，《禁止化学武器公约》正式生效，化学武器被要求在全球范围全面禁止和销毁。目前全球仅有7个联合国会员国没有签署该公约，他们是安哥拉，缅甸，埃及，以色列，北朝鲜，南苏丹，叙利亚。最近的一次化学武器攻击就是由叙利亚政府军实施。由于叙利亚未签署该条约，所以国内保存有大量的化学武器。此次攻击，叙利亚政府军在该国多个城市针对平民使用了沙林毒气，使超过1千人丧生。