Thành phố được thành lập vào năm 1893 tại địa điểm sau này của một cầu lớn trên đường sắt xuyên Xibiri vượt sông ở Siberia, sông Ob. Nó được đặt tên Novonikolayevsk (Новониколаевск), theo Nicôla thành Myra và đương kim Sa hoàng, Nikôlai II của Nga. Cây cầu được hoàn thành vào mùa xuân năm 1897, tạo nên khu định cư mới của trung tâm giao thông khu vực. Tầm quan trọng của thành phố tiếp tục tăng lên với việc hoàn thành của tuyến đường sắt Turkestan-Siberia trong những năm đầu thế kỷ 20. Tuyến đường sắt mới kết nối Novosibirsk đến Trung Á và Biển Caspi.

Tại thời điểm khai trương cầu, Novonikolayevsk có dân số 7.800 người. Khu định cư biên giới phát triển nhanh chóng. Ngân hàng đầu tiên được mở vào năm 1906, với tổng số năm ngân hàng hoạt động vào năm 1915. Năm 1907, Novosibirsk, lúc đó có dân số vượt quá 47.000 người, đã được cấp hạng thành phố với đầy đủ các quyền cho chính phủ tự quản. Thời kỳ trước cách mạng đã chứng kiến dân số của Novosibirsk đạt 80.000 người. Trong thời gian này các thành phố đã trải qua giai đoạn tăng trưởng kinh tế ổn định và nhanh chóng, trở thành một trong những trung tâm thương mại và công nghiệp lớn nhất của Siberia và phát triển một ngành công nghiệp chế biến nông nghiệp đáng kể, cũng như một nhà máy điện, xưởng đúc sắt, thị trường hàng hóa, một số ngân hàng, công ty thương mại và vận chuyển. Đến năm 1917, Novosibirsk có nhiều nhà thờ Chính Thống giáo và một nhà thờ Công giáo La Mã, một số rạp chiếu phim, bốn mươi trường tiểu học, trường trung học, một chủng viện giảng dạy, và trường trung học phi cổ điển nhà Romanov. Trong năm 1913, Novonikolayevsk đã trở thành một trong những nơi đầu tiên tại Nga phổ cập chương trình giáo dục tiểu học bắt buộc.

Cuộc nội chiến Nga đã gây tổn thất cho thành phố, với dịch bệnh trong thời chiến, đặc biệt là sốt phát ban và bệnh tả, tuyên bố hàng ngàn mạng sống. Trong quá trình chiến tranh, cầu sông Ob đã bị phá hủy và lần đầu tiên trong lịch sử của nó, dân số của Novonikolayevsk bắt đầu giảm. Các công nhân của Liên Xô và người lính "đại biểu của Novonikolayevsk nắm quyền kiểm soát của thành phố trong tháng 12 năm 1917. Trong tháng năm 1918, các tù binh Tiệp Khắc nổi lên đối lập với chính quyền cách mạng, cùng với Bạch vệ, đã chiếm Novonikolayevsk. Hồng quân đã chiếm thành phố vào năm 1919, giữ nó trong suốt phần còn lại của cuộc nội chiến.

Novonikolayevsk bắt đầu công quốc tái thiết vào năm 1921 khi bắt đầu chính sách kinh tế mới của Vladimir Ilyich Lenin. Nó là một phần của tỉnh Tomsk và phục vụ như là trung tâm hành chính của nó từ ngày 23 tháng 12 năm 1919 đến ngày 14 tháng 3 năm 1920. Từ ngày 13 tháng 6 năm 1921 đến ngày 25 tháng 5 năm 1925 đã được tách ra khỏi Tỉnh Tomsk. Nó được đặt tên mới của nó, Novosibirsk, trong năm 1926. Tên gọi mới có thể được dịch là "Thành phố Xibiri Mới".

Khi các thống đốc bị bãi bỏ, thành phố này đóng vai trò là trung tâm hành chính của Siberian Krai cho đến ngày 23 tháng 7 năm 1930 và của Tây Siberia Krai cho đến ngày 28 tháng 9 năm 1937, khi krai đó được tách ra thành Novosibirsk và Altai Krai. Kể từ đó, nó đã phục vụ như là trung tâm hành chính của thành phố Novosibirsk.

Đài tưởng niệm các anh hùng cách mạng được dựng lên ở trung tâm thành phố và là một trong những di tích lịch sử chính (về cơ bản mọi trẻ em đều phải đến thăm di tích trong các chuyến đi thực địa trong những năm thời Liên Xô). Bỏ bê trong những năm 1990 trong khi các khu vực khác được tái phát triển đã giúp bảo tồn nó trong thời kỳ hậu Xô Viết.

Trong quá trình thúc đẩy công nghiệp hóa của Joseph Stalin, Novosibirsk bảo đảm vị trí của nó như là một trong những trung tâm công nghiệp lớn nhất của Siberia. Một số cơ sở công nghiệp lớn được tạo lập trong thành phố, bao gồm cả nhà máy Sibkombain, chuyên sản xuất thiết bị khai thác nặng. Ngoài ra một chế biến kim loại nhà máy, một nhà máy chế biến thực phẩm và các doanh nghiệp công nghiệp khác và các nhà máy được xây dựng, cũng như một nhà máy điện mới. Nạn đói lớn của Liên Xô đã chứng kiến thấy dòng của hơn 170.000 người tị nạn đến Novosibirsk. Những người mới đến định cư tại doanh trại ở ngoại ô thành phố, dẫn đến nhiều khu nhà ổ chuột như Bolshaya Nakhalovka, Malaya Nakhalovka, và những nơi khác.

Nhanh chóng tăng trưởng và công nghiệp là lý do Novosibirsk có biệt danh: "Chicago của Siberia".

Đường ray xe điện đã hoạt động vào năm 1934, bởi thời gian này dân số đã đạt 287.000 người, khiến Novosibirsk trở thành thành phố lớn nhất ở Siberia. Một năm sau, cây cầu qua sông Ob được thay thế bởi cầu mới Kommunalny.

Từ năm 1941 đến 1942, hơn 50 nhà máy đáng kể đã được xây dựng và chuyển từ miền tây nước Nga đến thành phố Novosibirsk để giảm nguy cơ bị phá hủy trong chiến tranh, và tại thời điểm này, thành phố trở thành căn cứ tiếp tế chính cho Hồng quân. Trong thời gian này, thành phố cũng đã tiếp nhận hơn 140.000 người tị nạn.

Sự tăng trưởng nhanh chóng của thành phố đã thúc đẩy việc xây dựng một nhà máy điện thủy điện với công suất 400 MW, cần phải tạo ra của một hồ chứa nước khổng lồ, nay được gọi là Biển Ob. Như một kết quả trực tiếp của xây dựng của đài khu vực rộng lớn đất màu mỡ đã bị ngập lụt như đã di tích rừng thông trong khu vực; ngoài ra, không gian mới được tạo ra bởi bề mặt các của hồ chứa gây ra tốc độ gió trung bình tăng gấp đôi, tăng tốc độ xói mòn đất.Trong những năm 1950, Chính phủ Liên Xô đã chỉ đạo một xây dựng một trung tâm nghiên cứu khoa học được xây dựng tại Novosibirsk, do đó, nhiều cơ sở nghiên cứu khoa học phức tạp của Akademgorodok được xây dựng khoảng 30 km (19 dặm) về phía nam trung tâm thành phố vào năm 1957. Chi nhánh Siberia của Viện Hàn lâm Khoa học có trụ sở chính ở Akademgorodok, và thị trấn tổ chức tổng cộng mười bốn tổ chức nghiên cứu và các trường đại học. Mặc dù sở hữu một cơ sở hạ tầng hoàn toàn tự trị, Akademgorodok về hành chính là một phần của Novosibirsk.

Ngày 2 tháng 9 năm 1962, dân số của Novosibirsk đạt mức 1 triệu người. Vào thời điểm đó, nó là thành phố trẻ nhất thế giới với hơn một triệu người. Novosibirsk mất ít hơn bảy mươi năm để đạt được cột mốc dân số này.

Năm 1979, công việc bắt đầu vào hệ thống tàu điện ngầm Novosibirsk, mà đỉnh cao trong việc mở cửa của tuyến đầu tiên vào năm 1985.

Ngày 1 tháng 8 năm 2008, Novosibirsk ở trung tâm của con đường của một nhật thực, với một khoảng thời gian 2 phút và 20 giây.

Thành phố xuất hiện trong trò chơi Metro Exodus 2019.