לאורך ההיסטוריה, שימשה החמאה כמזון, מוצר קוסמטי ותרופה. על מנת להפיק חמאה מהשמנת, צריך לבצע חיבוץ. בעבר הייתה המחבצה כלי פשוט עשוי חרס, עץ או עור. ייצורה של החמאה כלל בעת העתיקה הנחה של כלי חלב והמתנה לציפת השמנת לחלקו העליון. השמנת נאספה מעל פני החלב. השמנת החמיצה, והלקטוז שבה הפך לחומצה לקטית בעזרת חיידקים. בשיטות שונות, טולטלה השמנת, כלומר עברה חיבוץ, וכך יוצרה החמאה. חמאה שהופקה בשיטה זו מוגדרת כחמאה חמוצה, בניגוד לחמאה מתוקה או חמאת שמנת מתוקה, אשר מיוצרת משמנת שלא החמיצה.
לאור העובדה שאפילו נענוע מקרי עשוי להפוך שמנת לחמאה, סביר להניח שהחמאה נתגלתה עוד בימי קדם, אפשר שבאזור מסופוטמיה במהלך האלף ה-9 לפנה"ס. החמאה הראשונה נוצרה ככל הנראה מחלב כבשים או עיזים; ביות הבקר, לדעת חוקרים מסוימים, התרחש מאוחר יותר. שיטה מסורתית לחביצת חמאה, שעודה בשימוש בחלקים מסוימים של אפריקה והמזרח התיכון, מודגמת בתמונה, אשר צולמה בארץ ישראל בשנת 1914. נאד עשוי עור של עז ממולא בחלב עד כדי חציו, מנופח באוויר ונחתם. הנאד נתלה בעזרת חבלים על חצובת מקלות, ומנוענע הלוך ושוב עד ליצירת החמאה.
החמאה הייתה ידועה לבטח בתרבויות העתיקות של אגן הים התיכון, אך לא נראה שהייתה אז מזון נפוץ, במיוחד ביוון העתיקה וברומא העתיקה. באקלים הים-תיכוני החם, חמאה שאיננה צלולה הייתה נמסה עד מהרה - בניגוד לגבינה למשל, ועל כן לא הייתה זו שיטה מעשית לניצול מעלותיו הטובות של החלב. אנשי יוון ורומא החשיבו ככל הנראה את החמאה למזון היאה יותר לברברים הצפוניים. מחזה שכתב המשורר המבדח אנאקסנדרידס מתייחס בחטף לתראקים כ-boutryophagoi, "זוללי-החמאה", ואילו בספר "תולדות הטבע" פרי עטו של פליניוס הזקן נכתב כי החמאה היא "העדינה שבמאכלי האומות הברבריות", בטרם הוא מוסיף ומפרט את תכונותיה הרפואיות.
ההיסטוריון והבלשן אנדרו דולבי טען שעל פי רוב, החמאה הנזכרת בטקסטים הקדומים מן המזרח התיכון היא בעצם גהי. הגהי מוזכרת ב-Periplus of the Erythraean Sea בתור סחורה טיפוסית בים הערבי במאה הראשונה לספירה, והגאוגרף היווני סטראבון מתאר אותה כמוצר מחצי האי ערב ומסודאן. בהודו, הייתה הגהי סמל טהרה ותשורה לאלים - במיוחד עבור אגני, אל האש ההינדי - במשך למעלה מ-3,000 שנה; אזכורים לטבעה הקדוש של הגהי מופיעים פעמים רבות בריג ודה, מסביבות 1200–1500 לפנה"ס. סיפורו של הילד קרישנה הגונב חמאה, נותר סיפור ילדים רווח אף בימינו אנו. למן שחר ההיסטוריה, היו לגהי בהודו שימושים כפריט טקסי למילוי מנורות קדושה ואבוקות אבל, לצד שימוש כמזון.
בימי הביניים, פריטים שבירים הועברו תוך שימוש בחמאה כחומר אריזה והגנה. הם הוכנסו לחמאה נוזלית פושרת אשר התמצקה בהתקררה, והגנה על המוצרים השבירים. בהגעה ליעד, חוממה שוב החמאה ונשפכה. מקור המילה האנגלית לפרפר (butterfly) באמונה טפלה מימי הביניים, שמכשפות הופכות לפרפרים כדי לגנוב חמאה או שמנת מאיכרים.
האקלים הקריר בצפון אירופה מאפשר לחמאה להחזיק מעמד זמן רב יותר בטרם תימס. יצוא החמאה בסקנדינביה הוא הוותיק באירופה, למן המאה ה-12 לכל המאוחר. עם נפילת רומא ובמשך רוב ימי הביניים, הייתה החמאה מזון נפוץ בכל רחבי אירופה, ועם זאת בעל מוניטין נמוכים במידת מה; ניזוניה העיקריים היו איכרים. אט-אט היא הייתה למקובלת יותר על המעמדות הגבוהים, במיוחד כאשר, בראשית המאה ה-16, התירה הכנסייה הקתולית את אכילתה במהלך צום הלנט. מאכל לחם וחמאה היה מאז למחזה נפוץ בקרב מעמד הבורגנות החדש, והאנגלים בפרט זכו למוניטין רב על שום השימוש הרב שעשו בחמאה המומסת כתבלין לבשר ולירקות.
בכל ארצות הצפון הרחוק של אירופה - אירלנד, סקוטלנד, איסלנד וסקנדינביה - נעשה בחמאה שימוש באופנים שכיום הם נדירים למדי. כך למשל, היא הייתה מוכנסת לחביות ונקברת באדמת כבול, לעיתים למשך שנים. "חמאת כבול" שכזו מפתחת טעם חזק בעודה מתיישנת, אך נותרת אכילה, בעיקר הודות לסביבה הקרה של אדמת הכבול. חביות חמאה קבורות הן ממצא ארכאולוגי נפוץ באירלנד בימינו. שיטה זו הייתה נפוצה ביותר באירלנד של המאות ה-11 עד ה-14.
צרפת, כאירלנד, נודעה בחמאתה המשובחת, בעיקר במחוזות נורמנדי וברטאן. עד שנות ה-60 של המאה ה-19, נעשתה החמאה למצרך כה מבוקש בצרפת עד שהקיסר נפוליאון השלישי הציע סכום גבוה כפרס בעבור המצאת תחליף זול לחמאה. בשנת 1869, תבע כימאי צרפתי את הפרס על המצאת המרגרינה. המרגרינה הראשונה הייתה חֵלֶב-בקר שתובל בחלב ועובד כחמאה; מרגרינות צמחיות הופיעו עם פיתוח תהליך ההידרוגנציה עבור שמנים בשנת 1900 לערך.
במרבית חלקי אירופה, מן הרנסאנס ועד למהפכה התעשייתית, התבצע החיבוץ באמצעות חבית-נדנדה שנוענעה הלוך ושוב ביד, ורובן הגדול של החמאות היו עבודת ידם של חוואים. לאחר מכן השתלטו על התהליך אמצעים מכניים. מפעלי החמאה הראשונים הוקמו בארצות הברית בשנות השישים המוקדמות של המאה ה-19, לאחר הצלחתם הרבה של מפעלי הגבינה עשור קודם לכן. בשנות ה-70 המאוחרות של המאה ה-19, מפריד השמנת הצנטריפוגי נכנס לשימוש, הודות לשיווק המוצלח של המהנדס השוודי קארל גוסטב פטריק דה-לוול. מפריד זה האיץ דרמטית את תהליך הפקת החמאה בשל ביטול השלב האיטי של ציפתה האיטית של השמנת מעל פני החלב. בתחילה, חלב שמן הובא למפעלי החמאה, והפרדת השמנת נעשתה בהם. אולם, עד מהרה נעשתה טכנולוגיית הפרדת השמנת פשוטה וזולה מספיק כדי להביא לייעול נוסף: תהליך ההפרדה בוצע עוד בחווה, והשמנת לבדה הובלה אל המפעלים. עד שנת 1900, יותר ממחצית כמות החמאה המופקת בארצות-הברית הפכה לתוצרתם של המפעלים; תהליך תיעוש זה התרחש גם באירופה, בפער זמנים קטן.
"ציקלופדיית הבית" (Household Cyclopedia), אנציקלופדיה אמריקאית לכלכלת משק הבית משנת 1881, מורה:
שיעורי צריכת החמאה לנפש בעולם המערבי הלכו והצטמצמו במרוצת המאה ה-20, בעיקר הודות לכוחה העולה של המרגרינה, הזולה יותר. בארצות-הברית, עברה צריכת המרגרינה את זו של החמאה במהלך שנות ה-50. כיום, מצב זה נשמר - המרגרינה נצרכת יותר מן החמאה, וכך הדבר אף ברוב המדינות האחרות שהשוואה שכזו התבצעה בהן.
אחסון.
בטמפרטורה העומדת על 15 מעלות צלזיוס בקירוב, שהיא יותר מטמפרטורת המקרר, מתרככת החמאה הרגילה עד למדרגת מרקם הניתן למריחה. אפשר ש"תא החמאה" המצוי במקררים רבים הוא אחד המקומות החמים שבמקרר, אולם, די בו כדי להותיר את החמאה קשה למדי. עד לאחרונה, מקררים רבים שנמכרו בניו זילנד כללו "מייצב חמאה", היינו, תא אחסון שנשמר בטמפרטורה גבוהה יותר בהשוואה לשאר חלקי המקרר - אך עדיין נמוכה מזו שבחדר - בזכות גוף חימום קטן. אחסון החמאה בעטיפה מעכב את העיפוש, המואץ על ידי חשיפה לאוויר ולאור; העטיפה גם מסייעת למנוע ספיחת ריחות זרים לחמאה. לחמאה עטופה אורך-חיים בן מספר חודשים בטמפרטורות הטיפוסיות למקרר.
"צלוחיות חמאה צרפתיות" או "צלוחיות חמאה אקדיות" (על שם חבל-הארץ ההיסטורי בצפון-אמריקה) כוללות מכסה בעל שפה פנימית ארוכה, היושב במכל המחזיק כמות קטנה של מים. לרוב הצלחת מחזיקה מספיק מים כדי להשקיע את השפה הפנימית כשהצלוחית נסגרת. החמאה מונחת בתוך המכסה. המים משמשים מעין חותם לשמירה על טריות החמאה, וכן כדי לשמור על החמאה מפני התחממות יתר בטמפרטורות גבוהות. דבר זה מאפשר לאפסן את החמאה בבטיחות רבה על המדף למשך מספר ימים, וזאת מבלי שתתקלקל.
בישול.
כשהחמאה מתרככת, ניתן לערב לתוכה תבלינים, עשבי תיבול, או חומרי טעם אחרים, ובכך ליצור "חמאה מורכבת" (או "חמאה מרוכבת"). ניתן להשתמש בחמאה מורכבת כממרח, או בחתיכה קרה על מנת להכניסה לתוך מזון חם או להמיסה ברוטב. חמאות מורכבות ממותקות עשויות להיות בשימוש עם קינוחים; קינוחים מסוג "רוטב מוקשה" לרוב מתובלים ומוגשים בצוותא עם משקאות משכרים.
לחמאה המותכת תפקיד מרכזי בהכנת רטבים, במיוחד במטבח הצרפתי. חמאת אגוזים (Beurre noisette) וחמאה שחורה (Beurre noir) הם רטבים העשויים חמאה מומסת המבושלת עד שהחלק מתמצק והסוכרים נעשים מוזהבים או שחומים; גימור הקינוח נעשה בשילוב חומץ או מיץ לימון. רוטב הולנדז ורוטב ביארנז הם תחליבי חלמון וחמאה מומסת; למעשה, הם מיונז במהותם, כאשר החמאה מחליפה את השמן בתהליך הייצור. ההולנדז והביארנז מיוצבים בעזרת התחליבים חזקים שבחלמוני הביצה, אך החמאה עצמה מכילה די תחליבים - לרוב שאריות של כדוריות השומן שבקרומי-התא - כדי ליצור תחליב יציב משל עצמה. הכנת חמאה לבנה (Beurre blanc) מתבצעת על ידי הקצפת חמאה לתוך חומץ מצומצם או יין, ובכך נוצר תחליב בעל מרקם של שמנת סמיכה. חמאה ערוכה (Beurre monté) היא חמאה לבנה דלת טעם הנוצרת ממים במקום חומץ או יין; שמה שאול משיטת "הרכבת" (Mounting) החמאה על הקינוח: הקצפת חמאה קרה לתוך כל קינוח מבוסס מים בסיום תהליך הבישול, הנותנת לקינוח גוף סמיך יותר כמו גם זוהר מבהיק וטעם חמאתי.
בחמאה נעשה שימוש לטיגון קל ככבד, הגם שמוצקי החלב שבה בוערים ומשחימים מעל 150 מעלות צלזיוס - טמפרטורה נמוכה למדי בעבור רוב התבשילים. נקודת השריפה (smoke point) של שומן-החלב היא כ-200 מעלות צלזיוס, כך שחמאה צלולה או גהי מתאימות יותר לצורכי טיגון כבד. הגהי הייתה מאז ומעולם אמצעי טיגון נפוץ בהודו, שכן רבים נמנעים משומני בעלי-חיים אחרים מסיבות תרבותיות או דתיות.