Đầu thế kỷ 19, Cẩm Phả là một xã thuộc tổng Hà Môn châu Tiên Yên. Năm 1831, vua Minh Mệnh tách Cẩm Phả làm một tổng thuộc huyện Hoành Bồ, gồm 5 phố và 3 xã, trong đó 5 phố là Hạ Lâm, Núi Trọc, Ngã Hai, Mông Dương, Vạn Hoa và 3 gồm có Cẩm Phả, Đại Lộc, Quang Hanh.

Năm 1884, Vua Tự Đức ký hiệp ước Patenotre công nhận sự bảo hộ của Pháp. Thay mặt triều đình nhà Nguyễn tổng đốc Tôn Thất Bật đã ký kết hiệp ước, bán vùng Đông Triều, Uông Bí, Hòn Gai, Cẩm Phả cho Pháp với giá 25 vạn đồng[6]. Ngày 24 tháng 8 năm 1886, Bavieaupour thành lập công ty Pháp mỏ than Bắc Kỳ (Société Francais des Charbonnages du Tôn Kin) độc quyền chiếm đoạt và khai thác than vùng Hòn Gai, Cẩm Phả, Mông Dương. Năm 1888, Pháp cho tiến hành thăm dò khai thác than trên cơ sở những lò cũ của dân bản xứ là người Sán Dìu, Thanh Phán, Kinh, Tày, Hoa...

Năm 1936, Pháp lập châu Hà Tu bao gồm cả tổng Cẩm Phả và Hà Tu, tách khỏi Hoành Bồ trực thuộc tỉnh Quảng Yên.

Năm 1940, Pháp bỏ châu Hà Tu, lập châu Cẩm Phả bao gồm phía đông Hoành Bồ, phần lớn huyện Ba Chẽ và đảo Cái Bầu[6].

Ngày 27 tháng 9 năm 1945, chính quyền nhân dân hai thị xã Cẩm Phả, Cửa Ông được thành lập[7]. Lúc này Cẩm Phả và Cửa Ông trực thuộc khu đặc biệt Hòn Gai.

Tháng 11 năm 1946, quân Pháp quay lại chiếm đóng. Trong thời kỳ kháng chiến chống Pháp, hai thị xã Cẩm Phả, Cửa Ông hợp thành liên thị xã[8].

Tháng 12 năm 1948 Chính phủ nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa quyết định tách một phần thị xã Cẩm Phả để thành lập huyện Cẩm Phả (sau được đổi tên thành huyện Vân Đồn vào năm 1994).

Ngày 22 tháng 4 năm 1955, Pháp rút khỏi Cửa Ông, thị xã Cẩm Phả được hoàn toàn giải phóng[8].

Ngày 12 tháng 11 năm 1956, thị xã Cẩm Phả trực thuộc khu Hồng Quảng, gồm 7 phường: Cẩm Đông, Cẩm Sơn, Cẩm Tây, Cẩm Thạch, Cẩm Thành, Cẩm Thủy, Cẩm Trung; 3 thị trấn: Cọc 6, Cửa Ông, Mông Dương và 3 xã: Cẩm Bình, Quang Hanh, Thái Bình.

Ngày 16 tháng 1 năm 1979, chuyển xã Dương Huy thuộc huyện Hoành Bồ và xã Cộng Hòa của huyện Cẩm Phả về thị xã Cẩm Phả quản lý[9].

Ngày 10 tháng 9 năm 1981, chia thị trấn Mông Dương thành phường Mông Dương và xã Cẩm Hải; chuyển thị trấn Cửa Ông thành phường Cửa Ông; chuyển thị trấn Cọc 6 thành phường Cẩm Phú; chuyển xã Thái Bình thành phường Cẩm Thịnh.[10].

Ngày 16 tháng 8 năm 2001, chuyển 2 xã Cẩm Bình và Quang Hanh thành 2 phường có tên tương ứng[11].

Năm 2005, thị xã Cẩm Phả được công nhận là đô thị loại III.

Ngày 21 tháng 2 năm 2012, thị xã Cẩm Phả chính thức trở thành thành phố Cẩm Phả [12].

Ngày 17 tháng 4 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 505/QĐ-TTg công nhận thành phố Cẩm Phả là đô thị loại II trực thuộc tỉnh Quảng Ninh[13].