Donetsk được thành lập vào năm 1869 khi doanh nhân xứ Wales là John Hughes xây dựng một nhà máy thép và một số mỏ than ở phần phía nam của Đế quốc Nga tại Aleksandrovka (tiếng Ukraina: Олександрівка). Thị trấn ban đầu đã được đặt tên Hughesovka (hay Yuzovka, tiếng Nga: Юзовка; tiếng Ukraina: Юзівка​​). Vào đầu thế kỷ 20, Yuzovka có khoảng 50.000 người và đã đạt đến tư cách một thành phố vào năm 1917. Nguồn gốc Anh của thành phố phản ánh trong quy hoạch và kiến trúc của nó.

Năm 1924, dưới sự cai trị của Liên Xô, thành phố được đổi tên thành Stalin. Trong năm đó, dân số của thành phố đạt 63.708 người, đến năm sau thì lên 80.085 người. Khoảng 1929-1931, tên của thành phố được đổi thành Stalino. Thành phố không hệ thống cung cấp nước uống cho đến năm 1931, khi một hệ thống dài 55,3 km đã được lắp đặt dưới lòng đất. Tháng 7 năm 1933, thành phố trở thành trung tâm hành chính của Oblast Donetsk của Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Ukraina. Trong năm 1933, 12 km hệ thống thoát nước đã được lắp đặt, và năm sau thì hoạt động khai thác khí đốt đầu tiên được khởi động trong phạm vi thành phố.

Trong những ngày đầu của Chiến tranh thế giới thứ hai, dân số của Stalino là 507.000 người nhưng sau cuộc chiến thì chỉ còn 175.000 người. Cuộc xâm lăng của Đức Quốc xã trong Chiến tranh thế giới thứ hai đã gần như hủy hoại hoàn toàn thành phố, và chủ yếu là xây dựng lại trên quy mô lớn vào thời kỳ khi chiến tranh sắp kết thúc. Thành phố bị chiếm Đức chiếm từ ngày 16 tháng 10 năm 1941 đến 5 tháng 9 năm 1943.Lãnh thổ của Donetsk tại thời điểm bị Đức quốc xã chiếm đóng bao gồm chủ yếu là của một khu ổ chuột của người Do Thái nơi 3.000 người Do Thái thiệt mạng và một trại tập trung nơi 92.000 người thiệt mạng.

Trong làn sóng phi Stalin hóa lần thứ hai dưới thời Tổng bí thư Nikita Khrushchev của Liên Xô, thành phố được đổi tên thành Donetsk vào tháng 11 năm 1961, theo tên của con sông Seversky Donets - một phụ lưu của sông Đông. Năm 1970, Donetsk được UNESCO công nhận là thành phố công nghiệp sạch nhất thế giới. Thành phố được trao Huân chương Lenin vào năm 1979.

Sau khi Liên Xô sụp đổ, thành phố trải qua một thời kì khó khăn suốt thập niên 1990. Thành phố khi ấy trở thành chiến trường của các băng đảng tranh giành quyền kiểm soát các doanh nghiệp công nghiệp. Sau thời kì ấy, Donetsk nhanh chóng hiện đại hóa, phần nhiều là nhờ ảnh hưởng của các công ty lớn.

Năm 2014, sau làn sóng biểu tình ủng hộ Liên minh châu Âu năm 2013 cộng với ảnh hưởng từ việc Hội đồng Tối cao Krym tuyên bố tổ chức trưng cầu dân ý để quyết định tương lai của Krym, hội đồng tỉnh Donetsk cũng bỏ phiếu tổ chức trưng cầu dân ý về tương lai của tỉnh nhà.[1]