Odkar je bila Einsteinova teorija splošne relativnosti uporabljena za to, kar je znano o vesolju kot celoti, je obstajal sum, da se vesolje širi. Ko sta Edwin Hubble in Milton Humason v dvajsetih letih prejšnjega stoletja odkrila, da se praktično vse galaksije na nebu odmikajo od nas z veliko hitrostjo, je to okrepilo sume, da se vesolje hitro širi. Vendar pa so šele leta 1920 končno našli odločilne dokaze v prid širjenju vesolja v obliki obsežnih raziskav rdečega premika zelo oddaljenih predmetov.
Širjenje vesolja se pogosto navaja kot najpomembnejša ugotovitev v sodobni kozmologiji. V Einsteinovem času je bila prevladujoča teorija stabilnega stanja, ki je trdila, da vesolje ostaja uravnoteženo pri enaki velikosti. Einstein, čigar enačbe so napovedovale univerzalno širitev ali krčenje, ne pa zastoja, je v svoje enačbe umetno uvedel stabilizacijsko spremenljivko, imenovano »kozmološka konstanta«. Potem ko je iz Hubblovih opazovanj ugotovil, da se vesolje verjetno širi, je pozneje to označil za svojo “največjo zmoto”.
Fenomen, zaradi katerega so kozmologi in astronomi najprej napovedali širitev vesolja, je bila Hubblova analiza rdečega premika. Z uporabo observatorija Mount Wilson, ki je bil takrat najboljši teleskop na svetu, je Hubble opazoval oddaljene galaksije in videl, da so videti postopoma rdeče. Pogledal je dlje v vesolje in s tem tudi dlje v preteklost, saj svetloba potrebuje več milijard let, da potuje iz teh galaksij na Zemljo. Ker je faktor rdečice tako dobro povezan s povečanjem razdalje, je Hubble sumil, da je to zanesljiv pojav s fizičnim vzrokom.
Ugotovljeno je bilo, da je vzrok naslednji: ko se vesolje širi, se osnovni prostor poveča v prostornini, vendar svetloba, ki potuje skozi njega, ostane enaka. Prostor, ki se širi, raztegne valovno dolžino svetlobe, zaradi česar je daljša in s tem bolj rdeča. Včasih se uporablja analogija s pikami na površini balona, ki se širi. Na balon narišite vzorec valovanja in med napihovanjem opazite, kako se val razteza in postaja daljši. To je enako načelo za pojav rdečega premika.
Leta 1998 je bilo odkrito ne le, da se vesolje širi, ampak da se verjetno širi s pospešeno hitrostjo. Fizični razlog za to je pripisan skrivnostni “temni energiji”, imenovani tako, ker o njej komaj kaj vemo.