Năm 1179, Hồng y đoàn (College of Cardinals) là cơ cấu cao nhất trong Giáo Hội được thành lập để bầu Giáo hoàng. Lúc đầu số Hồng y trong Hồng y đoàn được giới hạn là 24 vị. ĐGH Phaolô IV (1555-1559) nâng lên 70 vị, tượng trưng cho 70 trưởng lão dân Do Thái ngày xưa. Đến năm 1958, ĐGH Gioan XXIII tăng số Hồng y lên 75 vị, và năm 1973, ĐGH Phaolô VI nâng lên 120 vị. Qua Tông huấn Universi Dominici Gregis, ĐGH Gioan Phaolô II đã đưa tổng số Hồng y có thể lên tới 180 vị.
Chỉ các Hồng y dưới 80 tuổi mới được dự Mật viện (Conclave) để bầu Giáo hoàng, nhưng số Hồng y này sẽ không quá 120 vị.
Tổng số các Hồng y hiện nay là 183 vị thuộc 66 quốc gia trên thế giới, nhưng chỉ có 117 vị dưới 80 tuổi là được tham dự Mật viện để bầu Giáo hoàng, chia ra như sau: 58 vị ở Âu châu, 21 vị ở châu Mỹ Latinh, 14 vị ở Bắc Mỹ, 11 vị ở Phi châu, 11 ở Á châu, và 2 vị ở châu Úc.
Thể thức bầu Giáo hoàng hiện nay được ấn định do Sắc lệnh “Romano Pontifici Eligendo” (Sắc lệnh về bầu cử Giáo hoàng Roma) do Đức Giáo hoàng Phaolô VI ban hành năm 1975 được tu chỉnh và bổ túc bằng Tông huấn “Universi Dominici Gregis” (Mục tử toàn thể đoàn chiên Chúa) do ĐGH Gioan Phaolô II ký ban hành ngày 22.02.1996. Tông hiến này quy định chỉ có một cách bầu duy nhất là bỏ phiếu kín sau khi đã cân nhắc kỹ càng. Các vị Hồng y sẽ viết tên người mình muốn bầu vào trong một lá phiếu có in hàng chữ Latinh “Eligo in summo Pontifice” (Tôi xin bầu lên chức vị Giáo hoàng), gấp lá phiếu lại làm bốn, giơ cao lên và từng vị đặt trên Chén Thánh lớn trên bàn thờ.
Trong lịch sử của Giáo Hội trong 9 thế kỷ gần đây, có 3 cách bỏ phiếu đã từng được áp dụng.
Thể thức bỏ phiếu thứ nhất là “acclamation” (tung hô) trong đó các vị bộc phát xướng tên của vị mà mình muốn bầu Giáo hoàng. Thể thức thứ hai là “commission” (uỷ quyền) trong đó các vị Hồng y uỷ quyền cho một uỷ ban tối thiểu là 9 vị và tối đa là 15 vị Hồng y và hứa tuân phục kết quả do uỷ ban này chọn ra. Trong thực tế, từ cuối thế kỷ thứ 14 đến nay, cả hai cách này đều không còn được áp dụng.
Cuộc họp của các Hồng y bầu Giáo hoàng vào tháng 11 năm 1268 tại thành Viterbo (phía bắc thành phố Roma) kéo dài trong mấy tháng trời mà không có kết quả. Dân chúng thấy các vị Hồng y nhóm họp bầu mãi mà không chọn được Giáo hoàng, họ đã lấy chìa khoá và khoá chặt dinh thự nơi các vị Hồng y họp. Nhưng cũng không có kết quả, nên họ giảm phần ăn, chỉ cung cấp nước lã và bánh mì cho các vị mà thôi. Cuối cùng, mất gần 3 năm, vào tháng 9 năm 1271 mới bầu được Giáo hoàng, đó là Đức Giáo hoàng Gregory X.
Rút kinh nghiệm, Đức Gregory X khi lên ngôi đã thiết lập Mật tuyển viện - Conclave, nguyên ngữ Latinh là cum-clave (với chìa khoá) vào năm 1274, nhấn mạnh đến việc giữ kín về tất cả mọi sự việc diễn ra kể từ lúc các Hồng y được thông báo về cái chết của Đức Giáo hoàng cho tới khi bầu cử được vị Giáo hoàng mới. Ngài còn ra chỉ thị từ ngày đó trở đi các cuộc bầu Giáo hoàng phải được tổ chức tại một nơi đóng kín nghiêm ngặt, và các vị Hồng y phải sống trong điều kiện ăn ở tương đối vừa phải.
Khói trắng sẽ bốc lên ở đây báo hiệu đã bầu được Giáo hoàng mới.
Cuộc bầu Giáo hoàng thứ nhất theo chỉ thị này vào năm 1303, bầu ra Đức Giáo hoàng Bênêđictô XI. Sau cuộc bầu cử 1303, có thêm vị Giáo hoàng khác tại thành Avignon ở Pháp. Cuộc bầu Giáo hoàng kế tiếp tại Roma vào năm 1378 khi chọn ra Đức Giáo hoàng Urbanô VI. Sau đó có khoảng trống một thời gian lâu mới có cuộc bầu Giáo hoàng tại Roma vào năm 1455 để bầu cử Đức Giáo hoàng Calllistus III. Năm 1800, Đức Giáo hoàng Piô VII được bầu tại thành Venice chứ không phải tại Roma. 4 cuộc bầu Giáo hoàng sau đó được đưa về Roma, nhưng tại Điện Quirinal Palace, nay là dinh của Tổng thống Italia.
Năm 1870, Điện Quirinal Palace trở thành dinh cư trú của Vua Italia, vì sau khi thống nhất các tiểu vương quốc của Italia thì Roma được chọn làm thủ đô của nước một quốc gia Italia thống nhất.
Vào năm 1878, cuộc bầu Đức Giáo hoàng Lêô XIII diễn ra trong thành Vatican. Và cuộc bầu Giáo hoàng vào ngày 18.04.2005 là cuộc bầu Giáo hoàng lần thứ 54 xảy ra tại Điện Sistine bên trong thành Vatican.
Trong quá khứ có những cuộc bầu Giáo hoàng rất lâu và khó khăn. Đôi khi có những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến việc chọn lựa và bầu Giáo hoàng. Đó là các vua chúa các nước ở châu Âu muốn ảnh hưởng, làm áp lực và có khi còn muốn khống chế để bầu ra người mà các vua đó ưa thích!
Một yếu tố khác nữa là khi đó không có phương tiện thông tin hữu hiệu, sau khi bầu xong Giáo hoàng thì nhiều vị Hồng y sống ở xa mới được tin về vị Giáo hoàng đã chết, nên không thể tham dự cuộc bầu Giáo hoàng được.
Thế kỷ XX có 8 cuộc bầu Giáo hoàng, điểm qua các cuộc bầu cử này, phần nào thấy được những yếu tố lịch sử của Mật tuyển viện.
1. Tháng 8 năm 1903, 62 vị Hồng y họp để bầu ra người kế vị Đức Lêô XIII. Đây là cuộc bầu Giáo hoàng cuối cùng có thế quyền ảnh hưởng vào. Khi đó, các Vua nước Áo, Vua nước Pháp và Vua nước Tây Ban Nha còn đang có quyền "veto" (quyền phủ quyết) các ứng cử viên Giáo hoàng. Chính vì thế, Vua nước Áo đã dùng quyền này loại trừ một ứng cử viên rất vượt trội là Hồng y Mariano Rampolla. Sau này người ta không biết rõ ràng Hồng y Rampolla có phải là người mà các vị Hồng y khác chọn làm Giáo hoàng hay không. Thế nhưng trong cuộc bầu này, Hồng y Giuseppe Sarto đã trở thành Giáo hoàng Pius X. Thời gian Mật tuyển viện họp bầu là 4 ngày. Sau khi lên ngôi Giáo hoàng, việc đầu tiên vị Giáo hoàng này làm là viết một sắc lệnh huỷ bỏ đặc quyền "veto" của các vua. Về sau Đức Piô X đã được phong Thánh.
2. Năm 1914, những ngày đầu của Chiến tranh Thế giới I, Đức Giáo hoàng Piô X băng hà, có 57 vị Hồng y họp bầu Hồng y Giacomo Della Chiesa lên ngôi Giáo hoàng sau 3 ngày, qua 10 lần bỏ phiếu, tước vị là Giáo hoàng Bênêđictô XV. Đức Hồng y Chiesa khi đó không phải là ứng cử viên sáng giá và trong danh sách "papabili", nhưng khi đó ngài là Tổng Giám mục thành Bologna, được coi là nhà ngoại giao khéo léo, một khả năng hữu dụng để ngài dẫn dắt Giáo Hội trải qua cơn khủng hoảng Âu châu đang phân hoá và khó khăn vì cuộc đại chiến.
3. Cuộc bầu Giáo hoàng năm 1922 được coi là cuộc tranh cử giữa hai nhân vật nổi bật trong Giáo triều Vatican: một bên là Hồng y "bảo thủ" Merry del Val, bên kia là Hồng y "cấp tiến" Gasparri. Cuộc bầu cử vì thế kéo dài 5 ngày. Sau đợt bỏ phiếu lần thứ 14 (lần bầu lâu nhất thế kỉ 20) mới chọn được Đức Hồng y Achille Ratti của thành Milan và ngài lên làm Giáo hoàng Piô XI. Trong lần bầu cử này, các vị Hồng y Hoa Kỳ không tham dự được vì họ đã không tới Roma trước 10 ngày khi cuộc bỏ phiếu bắt đầu diễn ra.
4. Cuộc bầu Giáo hoàng năm 1939, châu Âu sắp bước vào cuộc Thế chiến II. Lần bầu cử này, một nhân vật rất được tín nhiệm và tin tưởng với các Hồng y: Hồng y Eugenio Pacelli lúc đó là Bộ trưởng Ngoại giao Toà Thánh và trước đây từng là Sứ thần Toà Thánh tại Đức. Tuy có câu nói "Đi vào là Giáo hoàng mà ra khỏi phòng họp vẫn là Hồng y", nhưng luật trừ này đã dành cho Đức Hồng y Pacelli. Chỉ sau 2 ngày, qua 2 lần bỏ phiếu, 63 vị Hồng y đã chọn ngài làm Giáo hoàng Piô XII. Thực ra, Đức Piô XII đã được 2/3 số phiếu trong vòng bỏ phiếu thứ 2 nhưng ngài yêu cầu bỏ phiếu lại để xác nhận. Đức Giáo hoàng Piô XII là vị nổi bật trong kỳ bầu Giáo hoàng lần đó nên chỉ không đầy 26 giờ đồng hồ Mật nghị đã có kết quả. Đây là Mật nghị ngắn nhất trong lịch sử các cuộc Mật nghị bầu Giáo noàng.
5. Trước cuộc bầu Giáo hoàng vào năm 1958, ai cũng để ý tới tên tuổi của vị Tổng Giám mục Giovanni Battista Montini thuộc thành Milan, dù lúc đó ngài vẫn chưa phải là một Hồng y. Ngài là nhân vật lừng lẫy và tài danh. Ai cũng đoán là ngài sẽ là Giáo hoàng. Thế nhưng khi 51 vị Hồng y vào phòng họp bầu, sau 4 ngày, các ngài đã chọn Hồng y Thượng phụ Giáo chủ thành Venice là Angelo Roncalli. Sau cuộc bầu các nhà phân tích nhận định rằng: các Hồng y đã chọn một nhân vật tuổi có vẻ cao (77 tuổi) vì hy vọng một triều đại Giáo hoàng ngắn ngủi chuyển tiếp mà thôi. Thế nhưng các nhà phân tích cũng sai. Triều đại của Đức Gioan XXIII đã xảy ra một biến cố rất lớn và có tầm ảnh hưởng quan trọng trong lịch sử Giáo Hội, đó là ngài triệu tập Công đồng Vatican II đưa Giáo Hội nhập cuộc vào thế giới tân tiến của thời đại ngày nay.
6. Năm 1963, cuộc bầu Giáo hoàng diễn ra giữa lúc Công đồng Vatican II còn nhóm họp. Lần này, người ta lại hướng về Tổng Giám mục Montini thành Milan. Đức Montini được quan niệm là nhà lãnh đạo lý tưởng để hướng dẫn Giáo Hội qua những thay đổi nội bộ. Lần họp bầu này số Hồng y đã tăng thêm nhiều, tất cả gồm 80 vị và các vị đại diện cho nhiều quốc gia, số Hồng y người Ý đã giảm xuống trông thấy. Tuy nhiên, người ta cũng đoán trúng, sau 3 ngày Mật tuyển viện họp bầu, Đức Hồng y Montini đã được chọn làm Giáo hoàng với danh hiệu là Phaolô VI.
7. Khi Giáo hoàng Phaolô VI qua đời, Hồng y đoàn đã tăng thêm và càng có tính cách quốc tế hơn. Đức Phaolô VI cũng đặt ra luật lệ là các Hồng y trên 80 tuổi sẽ không được tham gia Mật tuyển viện bầu Giáo hoàng, tuy vậy số Hồng y dưới 80 tuổi tất cả là 111 vị đã họp bầu tân Giáo hoàng vào tháng 8 năm 1978. Đây là cuộc bầu Giáo hoàng quan trọng ngay sau Công đồng Vatican II, trong thời đại mà phương tiện du lịch quốc tế mau chóng đưa con người gần lại với nhau hơn, các phương tiện truyền thông cũng đang trên đà phát triển mạnh, cuộc bầu Giáo hoàng lần này kéo sự chú ý của toàn thế giới. Thế giới của các vị Hồng y lan rộng tới các lục địa. Các Hồng y qua Công đồng Vatican II đã có dịp làm quen và biết nhau nhiều hơn, hiểu thêm về các vấn đề của thế giới thứ ba và sự tiến triển ngày càng bột phát của kinh tế và thương mại. Chủ nghĩa thực dân đã chấm dứt, nhưng các nước giàu và nghèo lại có thêm khoảng cách sâu rộng thêm. Các Giáo hội địa phương qua các Thượng Hội đồng muốn chia sẻ với thế giới hoàn vũ. Trong bầu khí đó việc tìm chọn ra một Giáo hoàng tương lai với những đức tính và tài năng đáp ứng cho thới đại mới càng trở nên quyết liệt hơn, thao thức hơn... Tên vị Hồng y được nhắc tới nhiều nhất trong giai đoạn này là Hồng y Giuseppe Siri thành Genoa. Thế nhưng kết quả cuối cùng của cuộc bầu sau 2 ngày được trao về cho Hồng y Thượng phụ Giáo chủ thành Venice là Hồng y Albino Luciani. Ngài lấy tên hiệu là Gioan Phaolô I. Cuộc bầu diễn ra trong không khí nóng nực của mùa hè. Thật khó chịu và khổ sở cho các Hồng y phải sống ngay tại Nguyện đường Sistine chật chội và thiếu phương tiện!
8. Triều đại của Đức Gioan Phaolô I chỉ kéo dài có 33 ngày. Có lẽ vì vậy mà lần này, các Hồng y nghĩ đến một vị Giáo hoàng tương lai trẻ trung hơn, mạnh khoẻ hơn hầu đương đầu được với những đòi hỏi của thời đại mới. Tháng 10 năm 1978, khi có cuộc bầu Giáo hoàng người ta lại cũng nhắc tới tên tuổi Hồng y Siri thành Genova và Hồng y Benelli của Florence. Thế nhưng sau 3 ngày Mật tuyển viện nhóm họp, kết quả thực bất ngờ khi tân Giáo hoàng là người Ba Lan, báo giới và dân chúng chưa từng nghe tên tuổi vị này. Đối với các vị hồng y khác thì vị Hồng y người Ba Lan có tên là Karol Wojtyla đã làm cho các vị có ấn tượng rất đặc biệt, vì trong thời gian họp Công đồng Vatican II, Hồng y Woytyla đã có những đóng góp đáng kể và nhất là ngài đã lãnh đạo Tổng Giáo phận Krakow của ngài rất thành công. Vị tân Giáo hoàng lấy tên là Gioan Phaolô II đến từ một nước xã hội nhủ nghĩa, trẻ trung, đầy nhiệt huyết, bình dân, đạo đức, thực sự đã làm thay đổi bộ mặt của Giáo Hội trong thời điểm mà thế giới và xã hội khắp nơi có những thay đổi mạnh mẽ, phi thường về mọi mặt. Vị Giáo hoàng đầu tiên sau 455 không phải là người Ý này đã biến đưa Giáo hội nhập cuộc vào thế giới biến đổi hiện nay.
Cuộc bầu vừa qua, các Hồng y phải sống trong bầu khí nóng bức chật chội, nên khi lên ngôi, Giáo hoàng Gioan Phaolô II đã cho xây nhà trọ Santa Martha tại nội địa cấm thành Vatican. Nhà này có cả hơn 100 phòng làm nơi cho các Hồng y cư trú trong suốt thời gian các ngài họp bầu vị tân Giáo hoàng. Những Hồng y thuộc Mật tuyển viện bầu Giáo hoàng ngày 12 tháng 03 năm 2013 sẽ bắt đầu sống trong nhà trọ này trong thời gian Mật nghị.