Proto Labs se constituyó en 1999 con el nombre de The ProtoMold Company. Su fundador fue Larry Lukis, un gran emprendedor y entusiasta de la informática. Larry había sido previamente cofundador de una exitosa empresa de 100.000.000 USD que tenía como objetivo diseñar una impresora mejor. A Larry le sorprendía el tiempo y el dinero que eran necesarios para conseguir piezas moldeadas por inyección. Por eso, su respuesta fue el desarrollo de un proceso automatizado de producción de piezas moldeadas por inyección que precisaba solo de una fracción del plazo de tiempo y del coste que exigían los métodos anteriores. Con la misión de ‘reducir radicalmente el tiempo necesario para la fabricación de piezas de plástico prototipo moldeadas por inyección’ y ‘convertir el moldeo por inyección de plástico en una opción práctica para productos que no requieran grandes cantidades de piezas’ claramente definida, Protomold estaba lanzada y en funcionamiento.
Viendo que la base de clientes aumentaba rápidamente y que exigía más, decidieron avanzar en tecnología para producir piezas más grandes y más complejas, introdujeron el servicio de mecanizado CNC de Firstcut, abrieron nuevas sedes de fabricación en Europa y Asia y cambiaron el nombre de la empresa por el de Proto Labs, para unir los dos servicios bajo ese nombre.
En 2012, decidieron que la empresa pasase a ser pública y ese año se convirtió en una de las ofertas públicas iniciales con más éxito. Proto Labs está considerado como uno de los proveedores más rápidos del mundo de piezas mecanizadas y moldeadas, y se sienten orgullosos de ofrecer a los clientes rápidamente piezas auténticas.