Il concetto di immagini in movimento come intrattenimento non era nuovo nell'ultima parte del XIX secolo. Lanterne magiche e altri dispositivi erano stati impiegati nell'intrattenimento popolare per generazioni. Le lanterne magiche utilizzavano vetrini con immagini proiettate. L'uso di leve e altri accorgimenti ha permesso a queste immagini di "muoversi".
Un altro meccanismo chiamato Phenakistiscope consisteva in un disco con immagini di successive fasi di movimento, che potevano essere filate per simulare il movimento.
Inoltre, c'era lo Zoopraxiscope, sviluppato dal fotografo Eadweard Muybridge nel 1879, che proiettava una serie di immagini in successive fasi di movimento. Queste immagini sono state ottenute attraverso l'uso di più telecamere. Tuttavia, l'invenzione di una fotocamera nei laboratori Edison in grado di registrare immagini successive in una singola fotocamera è stata una svolta più pratica ed economica che ha influenzato tutti i successivi dispositivi cinematografici.
Mentre si ipotizzava che l'interesse di Edison per i film fosse iniziato prima del 1888, la visita di Muybridge al laboratorio dell'inventore a West Orange nel febbraio di quell'anno certamente stimolò la decisione di Edison di inventare una macchina da presa. Muybridge ha proposto di collaborare e combinare lo Zoopraxiscope con il fonografo Edison. Sebbene apparentemente incuriosito, Edison decise di non partecipare a una simile collaborazione, forse rendendosi conto che lo Zoopraxiscope non era un modo molto pratico o efficiente di registrare il movimento.
Nel tentativo di proteggere le sue future invenzioni, il 17 ottobre 1888 Edison presentò un avvertimento all'ufficio brevetti che descriveva le sue idee per un dispositivo che avrebbe "fatto all'occhio quello che il fonografo fa per l'orecchio" registrando e riproducendo oggetti in movimento . Edison definì l'invenzione un cinetoscopio, usando le parole greche "cineto" che significa "movimento" e "scopos" che significa "guardare".
L'assistente di Edison, William Kennedy Laurie Dickson, fu incaricato di inventare il dispositivo nel giugno del 1889, probabilmente a causa del suo passato di fotografo. Charles Brown fu nominato assistente di Dickson. Si è discusso di quanto Edison stesso abbia contribuito all'invenzione della cinepresa. Mentre Edison sembra aver concepito l'idea e avviato gli esperimenti, Dickson apparentemente ha eseguito la maggior parte della sperimentazione, portando gli studiosi più moderni ad assegnare a Dickson il maggior merito per aver trasformato il concetto in una realtà pratica.
Il laboratorio Edison, tuttavia, ha lavorato come organizzazione collaborativa. Gli assistenti di laboratorio furono incaricati di lavorare su molti progetti mentre Edison supervisionava e partecipava a vari livelli. Alla fine, Edison prese le decisioni importanti e, in quanto "Mago di West Orange", si prese il merito esclusivo dei prodotti del suo laboratorio.
Gli esperimenti iniziali sul Kinetograph (la macchina fotografica utilizzata per creare film per il Kinetoscope) erano basati sulla concezione di Edison del cilindro fonografo. Minuscole immagini fotografiche sono state apposte in sequenza su un cilindro con l'idea che, quando il cilindro fosse ruotato, l'illusione del movimento sarebbe riprodotta attraverso la luce riflessa. Questo alla fine si è rivelato poco pratico.
Il lavoro degli altri sul campo ha presto spinto Edison e il suo staff a muoversi in una direzione diversa. In Europa, Edison aveva incontrato il fisiologo francese Étienne-Jules Marey che utilizzava un rotolo continuo di film nel suo Chronophotographe per produrre una sequenza di immagini fisse, ma la mancanza di rotoli di pellicola di lunghezza e durata sufficienti per l'uso in un dispositivo cinematografico ha ritardato il processo inventivo. Questo dilemma fu aiutato quando John Carbutt sviluppò fogli di celluloide rivestiti in emulsione, che iniziarono ad essere utilizzati negli esperimenti di Edison. La Eastman Company in seguito produsse il suo film di celluloide, che Dickson acquistò presto in grandi quantità. Nel 1890, Dickson fu affiancato dal nuovo assistente William Heise e i due iniziarono a sviluppare una macchina che esponeva una striscia di pellicola in un meccanismo di alimentazione orizzontale.
Un prototipo per il Kinetoscope fu finalmente mostrato ad una convention della National Federation of Women's Clubs il 20 maggio 1891. Il dispositivo era sia una macchina fotografica che uno spettatore che utilizzava un film largo 18 mm. Secondo David Robinson, che descrive il Kinetoscope nel suo libro, "From Peep Show to Palace: The Birth of American Film", "il film" scorreva orizzontalmente tra due bobine, a velocità continua. Un otturatore a rapido movimento dava esposizioni intermittenti quando l'apparato era usato come una macchina fotografica e squarci intermittenti della stampa positiva quando veniva usata come spettatore, quando lo spettatore guardava attraverso la stessa apertura che ospitava l'obiettivo della fotocamera. "
Un brevetto per il Kinetograph (la macchina fotografica) e il Kinetoscope (lo spettatore) è stato depositato il 24 agosto 1891. In questo brevetto, la larghezza del film è stata specificata come 35 mm e si è tenuto conto del possibile uso di un cilindro.
Il Kinetoscope fu apparentemente completato nel 1892. Robinson scrive anche:
Consisteva in un armadio di legno verticale, 18 pollici x 27 pollici x 4 piedi di altezza, con uno spioncino con lenti d'ingrandimento nella parte superiore ... All'interno della scatola, il film, in una banda continua di circa 50 piedi, era disposto intorno una serie di bobine. Una grande ruota dentata azionata elettricamente nella parte superiore della scatola impegnava i corrispondenti fori del pignone punzonati nei bordi del film, che veniva così disegnato sotto l'obiettivo a una velocità continua. Sotto il film c'era una lampada elettrica e tra la lampada e il film una persiana girevole con una fessura stretta. Mentre ogni fotogramma passava sotto l'obiettivo, l'otturatore consentiva un lampo di luce così breve che la cornice sembrava congelata. Questa rapida serie di fotogrammi apparentemente immobili è apparsa, grazie alla persistenza del fenomeno della visione, come un'immagine in movimento.