Tiền thân của Câu lạc bộ bóng đá Nam Định là đội Cotonkin (đã 2 lần vô địch Đông Dương các năm 1943 và 1945). Năm 1943 là lần đầu có giải bóng đá Đông Dương.

Năm 1965, câu lạc bộ chính thức được thành lập với tên gọi Thanh niên Nam Hà (thời gian này Nam Hà gồm tỉnh Hà Nam và Nam Định nhập lại), đến năm 1978 đổi tên thành Công nghiệp Hà Nam Ninh. Đây là tiền thân của đội Nam Định ngày nay. Năm 1981, đội lên hạng A1 (tiền thân của V.League hiện nay), hạng đấu cao nhất trong hệ thống thi đấu bóng đá Việt Nam thời gian này. Chỉ sau 4 năm, đội có lần đầu vô địch hang đấu A1 với lứa cầu thủ chất lượng như Nguyễn Văn Dũng, Đặng Gia Mẫn... cùng sự dẫn dắt của huấn luyện viên Lâm Ngọc Lập. Đây cũng là chức vô địch quốc gia duy nhất của Câu lạc bộ tính đến hiện tại.

Năm 1989, đội bị giải thể và tái lập vào năm 1991 với tên gọi Thanh niên Nam Hà, thi đấu tại hạng A2 (hạng cao thứ 3). Đội bóng này thăng hạng A1 năm 1992 và thăng hạng nhất năm 1997. Năm 1998, đội thi đấu tại Giải hạng nhất Quốc gia và xếp ở vị trí thứ 8 chung cuộc.

Ngày 29 tháng 11 năm 2000, Câu lạc bộ bóng đá chuyên nghiệp Nam Định chính thức được thành lập theo quyết định của Uỷ ban nhân dân tỉnh Nam Định.[3] Đội tham gia mùa giải bóng đá chuyên nghiệp đầu tiên và giành vị trí á quân. Ngày 22 tháng 8 năm 2003, câu lạc bộ đổi tên thành Câu lạc bộ bóng đá Sông Đà Nam Định, đồng thời đổi tên sân vận động từ Chùa Cuối thành Thiên Trường. Lưu trữ 2007-03-11 tại Wayback Machine Tên câu lạc bộ sau đó được đổi thành Câu lạc bộ bóng đá Mikado Nam Định năm 2006 và Câu lạc bộ bóng đá Đạm Phú Mỹ Nam Định năm 2007.

Tại Cúp Quốc gia 2007, đội đã giành chiến thắng 1-0 trước câu lạc bộ bóng đá Bình Định trong trận chung kết để lần đầu tiên giành chức vô địch Cúp Quốc gia trong lịch sử câu lạc bộ. Tuy nhiên, mùa giải sau đó là một mùa bóng thi đấu không được như ý, khi đội chỉ cán đích ở hạng 12 V.League. Nam Định đã chia tay với Đạm Phú Mỹ và trở lại tên gọi Mikado Nam Định. Năm 2009, đội bóng được đổi tên thành Megastar Nam Định. Đội thi đấu không thành công và đứng cuối bảng xếp hạng V-League 2010, qua đó xuống thi đấu ở giải hạng Nhất quốc gia sau 10 năm ở giải chuyên nghiệp. Năm 2011, đội bóng lấy lại tên cũ Mikado Nam Định và phải xuống hạng nhì chỉ sau 1 năm.

Năm 2012, Mikado Nam Định đã thất bại trong cuộc đua thăng hạng nhất sau thất bại trên chấm phạt đền trước đội trẻ Khánh Hoà ở bán kết. Năm 2014, Câu lạc bộ bóng đá Nam Định giành được suất thi đấu tại hạng Nhất 2015 sau khi đánh bại Vĩnh Long 4-0 trong trận chung kết hạng Nhì tại Sân vận động Tam Kỳ, Quảng Nam. Năm 2016, đội xếp thứ 3 chung cuộc, tham gia trận play-off tại giải hạng nhất quốc gia 2016 nhưng thất bại trong việc lên hạng V.League. Mùa giải sau đó, đội vô địch giải hạng Nhất 2017 và giành suất duy nhất lên chơi ở V.League 2018.

Mùa giải đầu tiên trở lại V.League, Nam Định đứng thứ 13 trên bảng xếp hạng và phải thi đấu trận play-off với câu lạc bộ Hà Nội B (nay là Hồng Lĩnh Hà Tĩnh) để tranh tấm vé duy nhất cho một suất thi đấu ở V.League 2019. Đội đã giành chiến thắng với tỷ số 5-3 sau loạt sút phạt đền 11m (hòa 0-0 sau 90 phút), qua đó tiếp tục ở lại V.League mùa bóng sang năm.[4] Năm 2019, đội ra mắt nhà tài trợ mới Công ty cổ phần Dược phẩm Nam Hà và đổi tên thành Câu lạc bộ Bóng đá Dược Nam Hà Nam Định để thi đấu tại V.League 2019.[5] Tại mùa giải này, đội đã có trận hòa 2-2 trước Hoàng Anh Gia Lai.[6]

Năm 2020, Nam Định tham gia V.League với nhiều nhân tố mới, trong đó đáng chú ý có suất cầu thủ nhập tịch của Đỗ Merlo - người vốn chơi cho SHB Đà Nẵng mùa giải trước. Tại Cúp Quốc gia, đội giành chiến thắng 2-0 trước Câu lạc bộ Hoàng Anh Gia Lai trên sân nhà Thiên Trường ở vòng loại.[7] Đội dừng bước tại vòng 1/8 sau khi để thua 5-4 trước Than Quảng Ninh ở loạt sút luân lưu (hòa 2-2 sau 90 phút thi đấu) trên sân Cẩm Phả[8]

Năm 2021, đội bóng lấy lại tên gọi cũ là Câu lạc bộ bóng đá Nam Định sau khi kết thúc hợp đồng với Công ty cổ phần Dược phẩm Nam Hà. Ở trận đấu khai màn của mùa giải, đội đã tạo nên bất ngờ lớn ngay trên chính sân nhà Thiên Trường khi giành chiến thắng 3-0 trước đương kim á quân của mùa giải 2020 là Hà Nội.[9]

Năm 2023, câu lạc bộ được đổi tên thành Thép Xanh Nam Định dựa theo nhà tài trợ chính.[10]