Năm 1147, vua Lý Anh Tông đã cho dựng hành dinh ở Yên Hưng để thực thi sứ mệnh thiêng liêng trấn giữ vùng cửa ngõ sông nước quan trọng bậc nhất của quốc gia Đại Việt.

Năm 1802 với sự ra đời của vương triều Nguyễn, vua Gia Long đặt ra trấn Yên Quảng bao lấy toàn miền Đông Bắc Tổ quốc và lấy Quảng Yên làm trấn lỵ. Sự kiện này khẳng định vị thế và tầm vóc của một vùng đất mà các triều đại và cư dân Quảng Yên xưa đã dày công tạo dựng.

Năm 1822 vua Minh Mệnh đổi tên trấn Yên Quảng thành trấn Quảng Yên và vẫn giữ trấn lỵ Quảng Yên tại đây.

Năm 1832, do yêu cầu cải cách hành chính, tỉnh Quảng Yên được thành lập; trấn lỵ Quảng Yên được đổi thành tỉnh lỵ Quảng Yên. Do vị trí đặc biệt quan trọng nên ở bất cứ thời kỳ nào khu vực tỉnh thành Quảng Yên vẫn luôn là trung tâm hành chính cấp tỉnh, là đô thị đứng đầu của toàn vùng Đông Bắc.

Năm 1955, tỉnh Quảng Yên sáp nhập với đặc khu Hồng Gai thành khu Hồng Quảng.

Ngày 30 tháng 10 năm 1963, khu Hồng Quảng lại sáp nhập với tỉnh Hải Ninh thành tỉnh Quảng Ninh. Tỉnh lỵ tỉnh Quảng Ninh đặt tại thị xã Hồng Gai (nay là thành phố Hạ Long).

Ngày 2 tháng 7 năm 1964, Hội đồng Chính phủ ra Quyết định số 106-CP chuyển thị xã Quảng Yên thành thị trấn Quảng Yên thuộc huyện Yên Hưng.

Huyện Yên Hưng gồm có thị trấn Quảng Yên và 17 xã: Cẩm La, Cộng Hòa, Điền Công, Đông Mai, Hiệp Hòa, Hoàng Tân, Liên Hòa, Liên Vị, Minh Thành, Nam Hòa, Phong Cốc, Phong Hải, Phương Đông, Thượng Yên Công, Tiền An, Yên Giang, Yên Hải.

Ngày 26 tháng 9 năm 1966, 2 xã Phương Đông và Thượng Yên Công được sáp nhập về thị xã Uông Bí.

Ngày 11 tháng 6 năm 1971, chia xã Tiền An thành 2 xã lấy tên là xã Tiền An và xã Hà An.

Ngày 6 tháng 3 năm 1984, chia xã Đông Mai thành 2 xã lấy tên là xã Đông Mai và xã Sông Khoai.

Ngày 21 tháng 12 năm 1995, chia xã Tiền An thành 2 xã: Tiền An và Tân An.

Ngày 24 tháng 4 năm 1998, thành lập xã Tiền Phong trên cơ sở điều chỉnh 1.117,77 ha diện tích tự nhiên và 1.364 nhân khẩu của xã Liên Vị; điều chỉnh 523,23 ha diện tích tự nhiên của xã Liên Hòa.

Ngày 12 tháng 6 năm 2006, mở rộng thị trấn Quảng Yên trên cơ sở sáp nhập 126,0 ha diện tích tự nhiên và 1.725 nhân khẩu của xã Yên Giang; 397,6 ha diện tích tự nhiên và 3.442 nhân khẩu của xã Cộng Hòa; chuyển xã Điền Công về thị xã Uông Bí quản lý (nay xã Điền Công đã sáp nhập vào phường Trưng Vương thuộc thành phố Uông Bí).

Cuối năm 2010, huyện Yên Hưng có 19 đơn vị hành chính gồm thị trấn Quảng Yên và 18 xã: Cẩm La, Cộng Hòa, Đông Mai, Hà An, Hiệp Hòa, Hoàng Tân, Liên Hòa, Liên Vị, Minh Thành, Nam Hòa, Phong Cốc, Phong Hải, Sông Khoai, Tân An, Tiền An, Tiền Phong, Yên Giang, Yên Hải.

Ngày 25 tháng 1 năm 2011, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định 108/QĐ-BXD công nhận thị trấn Quảng Yên là đô thị loại IV.[2]

Ngày 25 tháng 11 năm 2011, Chính phủ Việt Nam ban hành Nghị quyết số 100/NQ-CP, tái lập thị xã Quảng Yên trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên và nhân khẩu của huyện Yên Hưng[1]. Đồng thời, chuyển thị trấn Quảng Yên và 10 xã: Cộng Hòa, Đông Mai, Hà An, Minh Thành, Nam Hòa, Phong Cốc, Phong Hải, Tân An, Yên Giang, Yên Hải thành các phường có tên tương ứng.

Sau khi thành lập, thị xã Quảng Yên có 11 phường và 8 xã trực thuộc.