البرمجة غير الخطية أحد فروع علم بحوث العمليات الذي يعتبر من العلوم الحديثة نسبياً مقارنة بكثير من العلوم، ويمكن إرجاع تاريخ بداية طرق بحوث العمليات أو الأمثلية بصفة عامة إلى أيام نيوتن، ولاجرانج، وكوشي، فمثلا يعود الفضل لمساهامات نيوتن وليبنيتز في تطوير الطرق التفاضلية في حل مسائل الأمثلية. أما أسس حساب المتغيرات فيعود فضل إرسائها لكل من بيرنوللي، وأويلر ، ولاجرانج ، وقايرستراس، كما عرفت طريقة حل مسائل الأمثلية المتعددة باستحداث معالم غير معروفة مسبقاً باسم مخترعها لاجرانج .

يمكن تقسيم البرمجة غير الخطية إلى قسمين رئيسين هما البرمجة والأمثلية غير الخطية بمتغير والبرمجة غير الخطية متعددة المتغيرات، كما قد تتشعب طرق البرمجة متعددة المتغيرات إلى فرعين هما: نظرية البرمجة التقليدية، وخوارزميات البرمجة غير الخطية.