הצ'לו פותח בצפון איטליה במהלך המאה ה־17 מכינור הבס שרווח החל מהמחצית השנייה של המאה ה־15 והיה בין היתר גדול מהצ'לו. ב־1660 פותחו "מיתרי גיד מלופפי מתכת" (מיתרי כלי הקשת היו עשויים ממעי בהמות המונח המקובל "מיתרי גיד"), פיתוח זה איפשר שימוש נוח ומדויק בצלילים הנמוכים בכלים בעלי גוף תהודה קטן יותר לעומת מיתרי הגיד הקודמים. שלב משמעותי בהתפתחות היה במחצית השנייה של המאה בכלים בעלי הגוף המוקטן שבנה אנטוניו סטרדיווארי. כאמור ישנן דוגמאות לכלים הדומים מאוד לצ'לו המודרני, עד כדי הגדרתם כצ'לו לכל דבר, כבר מייצורו של סטרדיוואריוס, אך רק במחצית השנייה של המאה ה־18, עם התמסדות התזמורות הראשונות התקבעה צורתו של הצ'לו וגודלו. צ'לואות מתקופת הבארוק שונים אלה מאלה בגדלם, ונבדלים מהכלי המודרני במספר מאפיינים טכניים (זווית צוואר הכלי, גובה הגשר, גלם המיתרים) המתרגמים בעיקר למתח המיתרים, המאפשר בכלי המודרני צליל עוצמתי יותר, ועיצוב (למשל הוספת רגלית למשען הצ'לו במקום החזקתו על שוקי הנגן) המאפשר נגינה נוחה פחות במהלכים מוזיקליים מסוימים.
בתחילה ניגנו בכינור הבס המוקטן (או הצ'לו המוקדם) בדומה לאחיזת הכינור והויולה, ולמעשה היה זה אחד המאפיינים המבחינים בינו ובין הויולה דה גמבה ומשפחת כלי הויול, שבכולם, גם בבעלי גוף התהודה הקטן, מנגנים במאונך בדומה לאחיזת הצ'לו המודרנית. מאפיינים מבחינים נוספים בין משפחת הויול למשפחת ה"ויולה דה בראציו" הם היעדר הסריגים מהשחיף, מספר המיתרים הקטן (4 מיתרים כמו גם גרסת 5 מיתרים) וצורת גוף התהודה השונה. כאמור אם הצ'לו המודרני נשען על הקרקע, הצ'לו הקלאסי נאחז בין שוקי הנגן, הצ'לו המוקדם מאמצע תקופת הבארוק נאחז בניצב לעצם הבריח ולכתף. גישה זו לנגינה שוחזרה מציורים תקופתיים על ידי סיגיסוולד קאוקן, ואומנם נראה שלא האריכה ימים, ובשיאו של הבארוק הצ'לו שהיה עודו "כלי חדש" כבר נאחז במאונך בין שוקי הנגן.
מבנה הצ'לו.
בצמרת הכלי ישנם מפתחות כיוון, בעזרתם מותחים את המיתרים על מנת לשנות את גובה הצליל ההתחלתי המופק מהם. מפתחות אלה לא מחוברים לצמרת הכלי (כמו בגיטרה, למשל), אלא תפוסים בעזרת לחץ. במפתחות הכיוון יש חור, ובו מושחלים המיתרים. מפתחות אלו, מחוברים למוט, שעליו מלופף המיתר. כאשר מסובבים את המפתחות, המוט מסתובב ומביא למתיחת המיתר ולהרפייתו. כך ניתן לשלוט על גובה הצליל. על מנת לכוון את הצליל בקלות, משתמשים בבורגי הכיוון הקטנים הנמצאים בתחתית הכלי. בעזרתם ניתן לכוון את צלילי המיתרים ביתר דיוק. צמרת הכלי מסתיימת בצורה של "שבלול".
מתחת למפתחות הכיוון נמצא הצוואר, ועליו יש שחיף. הצוואר עשוי מחתיכה ארוכה של עץ, המעוגלת ברוחבה. השחיף, העשוי מעץ שחור, ממשיך אל גוף הכלי. את המיתרים לוחצים כנגד השחיף בעזרת אחת מארבע האצבעות, כשמאחוריו מניחים את האגודל. מתיחת המיתרים, הנגרם כתוצאה מהלחיצה משנה את גובה הצליל.
הגוף - מתחת לצוואר, מתחילה תיבת התהודה, שתפקידה להגביר את הצליל ולהוסיף נפח בצליל. לתיבת התהודה יש שוליים הבולטים החוצה לכל אורך תיבת התהודה, ומחזקים את הכלי שלא יתפרק.
גב הכלי והדפנות עשויים עץ אדר (מייפל) או עצים אחרים ובטן הכלי עשויה מעץ אשוח. גב ובטן הכלי קמורים בדרך כלל, כדי להוסיף עוד נפח לתיבת התהודה.
לצד המחובר לצוואר של תיבת התהודה קוראים גם כתפיים. בצידי תיבת התהודה של כלי קשת ישנם שקעים התורמים לכך שכאשר מנגנים עם הקשת על המיתרים החיצוניים – דו ולה, היא לא תתנגש בגוף הכלי. הצ'לנים נעזרים בשקעים אלו כדי לתפוס את הכלי בעזרת ברכיהם ולייצב אותו.
בסמוך לשקעים, ישנם שני חתכים מקבילים זה לזה הנקראים זרקות ודומים לצורת האות f. החתכים גורמים לכך שהצליל יצא מתיבת התהודה אל חלל החדר. חתכים אלה נמצאים בכל כלי הקשת, והם הפכו לסימן היכר המאפיין את כלי הקשת. צורתם של החתכים השתנתה מעט לאורך ההיסטוריה.
בין שני החתכים, נמצא הגשר, עליו מונחים המיתרים. הגשר גבוה, ומעוגל (שלא כמו בגיטרה, בה הגשר שטוח), כדי שיהיה ניתן לנגן על כל מיתר בנפרד. הגשר בעל צורה קבועה בכל כלי הקשת המערביים, והוא לא מודבק לכלי, אלא מוחזק באמצעות הלחץ הרב של המיתרים המתוחים - כ־140 ק"ג. הגשר עשוי עץ ומונח בצורה אנכית לכלי. את הגשר לא מורחים בלכה, כמו את שאר הכלי, משום שתפקידו הנוסף של הגשר הוא להעביר רטט לגוף הכלי, ולכן הוא צריך להיות מונח כשכל בסיסו בא במגע עם הכלי. משום שאינו מצופה לכה, הגשר מתבלה מהר יותר משאר הכלי ולכן לעיתים מחליפים אותו. על הגשר ישנם ארבעה חתכים דקים שעליהם משעינים את המיתרים. החתכים מקבעים את המיתרים למקומם. מיקומו של הגשר קבוע, על תיבת התהודה ישנם שני "חצים" קטנים, ביניהם יש לשים את הגשר. לשם הדיוק שבהפקת הצליל, חשוב שהגשר ימוקם במרכז הכלי.
מתחת לרגל השמאלית של הגשר, יש חלק הנקרא נשמה, ולו תפקיד מרכזי בכלי. הנשמה היא מקל עץ ישר הנמצא בין הבטן לגב הכלי, ולה כמה תפקידים, האחד הוא לשמור שבטן הכלי לא תשקע מהלחץ המופעל על הגשר, והשני הוא לקבוע את גוון הצליל ('צבע' הצליל). הנשמה קובעת את כל גוון הצליל של הכלי, וכל תזוזה קטנה של הנשמה תשנה את אופי הכלי - אם יהיה חריף, עדִין, מתוק וכו'. בוני כלי הקשת משחקים עם הנשמה בהתחלה כדי לבדוק מה הנקודה שבה הקול שמפיק הכלי הוא הטוב ביותר, בדומה למגבר שבו מגבירים את הבס, או את הטרבל. מאחר שהבטן וגב הכלי קמורים, גם הנשמה בקצוותיה בנויה לפי הקימור של הבטן והגב, ולכן יש כמה סוגי נשמות לפי מיקום הנשמה (שזז במילימטרים).
המיתרים מסתיימים בחלק הנקרא מִשְחָל, שהוא תוספת לכלי הקשת, המתוח בעזרת חוט פלסטיק קשיח אל הכפתור התחתי הנעוץ בתחתית הכלי. חלק זה צר בתחתיתו, והולך ומתרחב, ובמעלה ישנם 4 ברגים, 'בורגי כיוון' אליהם מחוברים המיתרים. ברגים אלה עוזרים לכיוון עדין של הצליל. יש הסבורים כי המשחל משפר את הצליל המופק מכלי הקשת, ויש החולקים עליהם וטוענים כי המשחל פוגע בצליל. פעם משחל זה לא היה קיים, וכיוונו את כלי הקשת רק בעזרת המפתחות. בצ'לו נוהגים לשים בכל המיתרים את בורגי הכיוון מאחר שההשפעה על הצליל קטנה יותר מבכינור, ומכיוון שלכוון את הצ'לו עם המפתחות יותר קשה מאת הכינור.
הרגלית - בתחתית הצ'לו ישנה רגלית, שנועדה להשענתו לצד הצ'לן. את הרגלית אפשר להאריך ולקצר, והיא נכנסת לגוף הצ'לו בעת אי־שימוש בו. בעבר רגלית זו לא הייתה קיימת, והצ'לנים התבקשו להחזיק בעצמם את הצ'לו בין הברכיים, ובכך לשמור עליו יציב בעת הנגינה. כדי לעשות זאת, הצ'לנים אף היו מאמנים את שרירי רגליהם לפני ההופעות.
המיתרים - על גבי השחיף מתוחים המיתרים ביו המשחל למפתחות על גבי הגשר והסיפית. מיתרי הצ'לו עבים יחסית, ועשויים חוטי מתכת, לרוב פלדה. המיתרים מכוונים במרווח קווינטה זה מזה הנחשב ל"מרווח זך", כך שנגינה "פתוחה" מבלי לחיצה על המיתרים, אם עם קשת אם בפריטה תניב מנגינה זכה. לצ'לו ארבעה מיתרים (מהנמוך לגבוה): דו, סול, רה, ולה. ייחודו של הצ'לו לעומת יתר כלי הקשת ברוחב מנעדו. בכלים מודרניים המיתרים עשויים ממתכת מלופפת (בצ'לו בארוק וקלאסי שני המיתרים הגבוהים הם "מיתרי גיד" העשויים ממעיי בהמות והמיתרים הנמוכים הם מיתרי גיד מלופפים במתכת), המיתרים המפיקים צלילים נמוכים יותר עבים מהמיתרים המפיקים את הצלילים הגבוהים. המיתרים בצ'לו קשים יחסית לכינור, וצריך ללחוץ עליהם בעוצמה מרובה בשביל להפיק צליל אחיד ומדויק, כתוצאה מכך כריות אצבעות יד שמאל של נגני כלי הקשת הופכות קשות. הלחיצה על המיתר עלולה להכאיב לנגנים מתלמדים, עד שהם מתרגלים, וכריות אצבעותיהם נעשות קשות. ישנם גם תרגילים לפיתוח חוזק שרירי האצבעות, ההופכים את הלחיצה לקלה יותר. בכלי הקשת המערביים אין סריגים (סימונים על גבי השחיף המורים לנגן על מיקום הנחת האצבע, כמו בגיטרה), אלא ישנן "פוזיציות" ששמן נקבע על־פי המיקום של היד על גבי השחיף, והנגנים נדרשים לזכור המיקום המדויק על גבי השחיף כדי להפיק את הצליל הרצוי (בדומה לכינור, ויולה ואף לטרומבון).
הקשת.
הקשת המשמשת היום לנגינה בכלי קשת מערביים מקורה במאה התשע עשרה, והיא פיתוח של קשתות מוקדמות יותר. בתקופת הבארוק למשל הקשת הייתה קמורה הרבה יותר מהקשת המודרנית, והצ'לן היה מחזיק באמצע הקשת כדי לנגן. כיום עשויה הקשת מעץ גמיש, בקשתות מקצועיות – מעץ הפרנמבוקו, ולרוב עשויה מפיברגלאס או קארבון, ובין שני קצוות הקשת מתוחה רצועה של שיער זנב סוס.
כדי ליצור חיכוך בין המיתר לקשת, מורחים על השערות שרף (קולופוניום), מופק משרף של עצי מחט. השרף הדָביק מחספס את הקשת ומסייע בהרעדת המיתר.
בקצה הימני של הקשת יש חלק הנקרא פְרוֹש (בגרמנית: צפרדע, בגלל צורתו), והוא תורם למשקלה של הקשת. הפרוש משמש גם לאחיזת הקשת בידו הימנית של הנגן. מעל הפרוש מצוי בורג שבעזרתו ניתן למתוח ולהרפות את שערות הקשת. באמצעות וויסות מתיחות השערות אפשר לשפר את צלילו של הכלי, המשתנה עם תנאי הסביבה, כיוון שבקור נוטה הקשת להימתח, ובחום נוטה להתרפות.
תפקידה של הקשת להרעיד את המיתר באופן מחזורי (מאות "פריטות" קטנות בשנייה) ובכך להפיק צליל. באמצעות הקשת ניתן לשלוט בעוצמת הצליל, משכו, צבעו ועוד פרמטרים רבים נוספים. צלילים מודגשים מנוגנים בדרך כלל בקשת "יורדת" (כלומר, מן הפרוש עד החוד) וצלילים לא מודגשים בקשת "עולה" (מתחילה בחוד).