Địa danh Chí Linh gắn với nhiều nhân vật lịch sử và anh hùng dân tộc như Dương Huy, Trần Hưng Đạo, Nguyễn Thị Duệ, Chu Văn An, Nguyễn Trãi, Nguyễn Thái Học, Mạc Đĩnh Chi,...

Chí Linh được hình thành từ lâu đời, đến thời Hậu Ngô Vương vùng núi Côn Sơn với lợi thế về vị trí địa lý đã trở thành căn cứ quân sự lớn của Dương Huy mà đích thân vua Ngô Xương Văn phải đem quân đánh dẹp. Thu phục được Dương Huy, Ngô Xương Văn vẫn cho ông giữ chức thứ sử cũ và cai quản vùng đất châu Vũ Ninh. Năm 965, vua Nam Tấn Vương Ngô Xương Văn mất, các tướng ở khắp nơi nổi lên để cùng tranh giành ngôi Vua. Lịch sử gọi đó là loạn 12 sứ quân. Tuy nhiên, cánh quân của Dương Huy không nằm trong danh sách 12 sứ quân. Vì cánh quân của ông và địa bàn của ông bị cánh quân của Nguyễn Thủ Tiệp đánh bại, vùng đất của ông bị Nguyễn Thủ Tiệp chiếm và tự xưng Vũ Ninh Vương. Thời điểm xảy ra loạn 12 sứ quân, vùng đất Chí Linh nằm trong địa phận quản lý của sứ quân Nguyễn Thủ Tiệp.[4]

Năm 981 vua Lê Đại Hành đã chọn An Lạc là cơ sở chỉ huy chống quân xâm lược Tống. Tại An Lạc, Vua Lê Hoàn cho lựa chọn chỗ đất bằng rộng 25 – 30 mẫu để dựng đại bản doanh Đồng Dinh, đặt Nội Xưởng làm nơi rèn vũ khí, khí giới, đặt Bàn Cung trên núi Bàn Cung để làm nơi bàn bạc việc quân cơ với các tướng lĩnh, núi Cao Hiệu được chọn để cắm cờ hiệu, núi Sơn Đụn là nơi tích trữ, cất giấu lương thực nuôi quân… Từ đại bản doanh này, cuối tháng 4 năm 981, Vua Lê Hoàn đã chỉ huy quân Đại Cồ Việt đánh thắng trận Bạch Đằng, giết chủ tướng giặc Hầu Nhân Bảo cùng hàng vạn quân giặc vùi xác dưới đáy Bạch Đằng giang và giành chiến thắng trong cuộc kháng chiến chống quân Tống xâm lược cuối mùa xuân năm 981.

Đến thế kỷ XIII, vùng đất Chí Linh lại một lần nữa được lựa chọn trở thành đại bản doanh chống quân Nguyên Mông và là chiến trường nơi diễn ra trận đánh Vạn Kiếp nổi tiếng trong lịch sử thời nhà Trần, dưới sự chỉ huy Trần Quốc Tuấn. Đại bản doanh và chiến trường Vạn Kiếp năm xưa, nay thuộc xã Hưng Đạo, nằm phía tây bắc của thành phố. Trong 3 cuộc kháng chiến chống Nguyên Mông, Vạn Kiếp có vai trò lớn trong 2 cuộc kháng chiến lần 2 năm 1285 và lần 3 cuối năm 1287 đầu năm 1288. Trong cuộc kháng chiến chống quân Nguyên Mông lần 2 năm 1285, Vạn Kiếp diễn ra một trận đánh lớn khi quân Nguyên theo đường bộ từ Lạng Sơn kéo về Thăng Long, làm tiêu hao sinh lực địch. Tổng cộng quân số của Vua tôi nhà Trần do Vua Trần Nhân Tông và Trần Hưng Đạo chỉ huy ở chiến trận Vạn Kiếp lên tới gần 30 vạn quân, còn quân của Thoát Hoan lên tới gần 50 vạn quân. Tại Vạn Kiếp, Trần Hưng Đạo đã bài binh bố trận sẵn để đợi địch. Trần Hưng Đạo lựa chọn các tướng dũng mãnh Phạm Ngũ Lão, Nguyễn Khoái giao chỉ huy đạo quân này. Vùng Vạn Kiếp có địa thế đồi núi giáp đường giáp sông, quân ta chiếm địa thế đánh cắt ngang vào đội hình địch khiến đầu cuối không cứu được nhau. Tiền quân của địch bị đánh ở Vạn Kiếp còn trung quân của địch cũng vẫn chưa qua được sông Lục Đầu cũng bị quân ta đánh mạnh khiến địch hoảng loạn dẫm đạp lên nhau khiến cầu phao bị đứt khiến rất nhiều quân lính bị chết dưới sông.

Trải qua các thời kỳ phong kiến Chí Linh đã được nhiều triều đại chọn là nơi xây dựng cung thành, tỉnh lỵ như thành Phao (Phả Lại) – đời nhà Mạc, thành Vạn (Tân Dân) Chí Linh còn có tên gọi là Bằng Châu hay Bằng Hà sau đó đổi tên là Phượng Hoàng và sau này là Chí Linh. Tháng 6 năm 1886, thực dân Pháp thành lập Nha Chí Linh thuộc phủ Nam Sách. Sau Cách mạng tháng 8, chính quyền Việt Nam Dân chủ Cộng hòa đặt thành huyện Chí Linh. Tháng 4 năm 1947, huyện Chí Linh thuộc tỉnh Quảng Hồng; tháng 11 năm 1948, Chí Linh thuộc tỉnh Quảng Yên; từ tháng 2 năm 1955, Chí Linh thuộc tỉnh Hải Dương, ban đầu gồm thị trấn Phả Lại, thị trấn nông trường Chí Linh và 20 xã: An Lạc, Bắc An, Cẩm Lý, Chí Minh, Cổ Thành, Cộng Hòa, Đan Hội, Đồng Lạc, Hoàng Hoa Thám, Hoàng Tân, Hoàng Tiến, Hưng Đạo, Kênh Giang, Lê Lợi, Nhân Huệ, Tân Dân, Thái Học, Văn An, Văn Đức, Vũ Xá.

Ngày 21 tháng 1 năm 1957, chuyển 3 xã: Vũ Xá, Cẩm Lý, Đan Hội về huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang quản lý.

Ngày 27 tháng 3 năm 1978, thành lập thị trấn Sao Đỏ - thị trấn huyện lị của huyện Chí Linh.[5]

Ngày 14 tháng 1 năm 2002, giải thể thị trấn nông trường Chí Linh và thành lập thị trấn Bến Tắm trên cơ sở 412,88 ha diện tích tự nhiên và 5.703 nhân khẩu của xã Bắc An.[6]

Ngày 24 tháng 9 năm 2009, thị trấn Sao Đỏ được công nhận là đô thị loại IV.[7]

Cuối năm 2009, huyện Chí Linh có 20 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm 3 thị trấn: Sao Đỏ (huyện lị), Phả Lại, Bến Tắm và 17 xã: An Lạc, Bắc An, Chí Minh, Cổ Thành, Cộng Hòa, Đồng Lạc, Hoàng Hoa Thám, Hoàng Tân, Hoàng Tiến, Hưng Đạo, Kênh Giang, Lê Lợi, Nhân Huệ, Tân Dân, Thái Học, Văn An, Văn Đức.

Ngày 12 tháng 2 năm 2010, Chính phủ ban hành Nghị quyết 09/NQ-CP[1]. Theo đó:

• Thành lập thị xã Chí Linh trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của huyện Chí Linh.
• Chuyển 3 thị trấn: Bến Tắm, Phả Lại, Sao Đỏ và 5 xã: Chí Minh, Cộng Hòa, Hoàng Tân, Thái Học, Văn An thành 8 phường có tên tương ứng.

Sau khi thành lập, thị xã Chí Linh có 28.202,78 ha diện tích tự nhiên và 164.837 người với 20 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm 8 phường: Bến Tắm, Chí Minh, Cộng Hòa, Hoàng Tân, Phả Lại, Sao Đỏ, Thái Học, Văn An và 12 xã: An Lạc, Bắc An, Cổ Thành, Đồng Lạc, Hoàng Hoa Thám, Hoàng Tiến, Hưng Đạo, Kênh Giang, Lê Lợi, Nhân Huệ, Tân Dân, Văn Đức.

Ngày 25 tháng 6 năm 2015, thị xã Chí Linh được công nhận là đô thị loại III[3].

Ngày 10 tháng 1 năm 2019, Ủy ban thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 623/NQ-UBTVQH14[2]. Theo đó:

• Sáp nhập toàn bộ diện tích và dân số của xã Kênh Giang vào xã Văn Đức.
• Chuyển 6 xã: An Lạc, Cổ Thành, Đồng Lạc, Hoàng Tiến, Tân Dân, Văn Đức thành 6 phường có tên tương ứng.
• Thành lập thành phố Chí Linh trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của thị xã Chí Linh.

Sau khi thành lập, thành phố Chí Linh 282,91 km² diện tích tự nhiên và 220.421 người với 19 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm 14 phường và 5 xã.