Khởi thủy của Đông Hà được bắt đầu vào khoảng thế kỷ XVIII,[5] vào đầu thế kỷ XX, thành phố Đông Hà là một xóm nhỏ vắng vẻ và chỉ là một trạm trung chuyển nhỏ cho những chuyến hoả xa Bắc - Nam ghé lại chở hàng của những nhà tư bản ngươì Pháp trong đó có Manpouech, vốn là công sứ ở Xavanakhẹt, đã từ chức để theo nghiệp kinh doanh.

Khi người Pháp vận động phu phen đi mở đường nối Đông Hà lên tận sông Mêkông và đường 9 thì ông Manpouech đã lập một đoàn xe chuyên chạy tuyến này chở tài nguyên khai thác từ Lào về Đông Hà theo đường 9, xuống ga Đông Hà rồi theo tàu hoả chở hàng đến cảng Hải Phòng.

Những năm chiến tranh với Pháp, Đông Hà cũng chỉ là một thị trấn nhỏ với khoảng hơn ngàn dân. Khi chiến tranh Việt Nam bắt đầu, cầu Hiền Lương, sông Bến Hải thành giới tuyến quân sự tạm thời thì Đông Hà mới trở thành vị trí tiền đồn cho Việt Nam Cộng hòa và Quân lực Việt Nam Cộng hòa. Thị xã lúc này đặc trưng như một khu quân sự với ngổn ngang sắc lính, xe cộ, tiếng ồn, bụi bặm, những khu vực sống xen kẽ giữa người dân và trại lính.

Trong thời kỳ chiến tranh Việt Nam, thị trấn Đông Hà là một đô thị quan trọng đối với khu vực Khe Sanh, Lao Bảo. Sau năm 1975, Tỉnh Bình Trị Thiên được thành lập trên cơ sở hợp nhất 3 tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên - Huế, Đông Hà trở thành thị xã, 5 phường: 1, 2, 3, 4, 5 và xã Quảng Tân.

Trong thời gian này, địa giới Đông Hà có những biến đổi theo hướng mở rộng. Ngày 18 tháng 5 năm 1981, giải thể xã Quảng Tân để sáp nhập xã này vào xã Gio Quang thuộc huyện Bến Hải.[6] Theo Quyết định số 64/HĐBT ngày 11 tháng 9 năm 1981 của Hội đồng Bộ trưởng,[7] thị xã Đông Hà được sáp nhập thêm 8 xã: Cam An, Cam Thanh, Cam Thành, Cam Thủy, Cam Hiếu, Cam Tuyền, Cam Chính, Cam Nghĩa (thuộc huyện Bến Hải) và 2 xã: Triệu Lương, Triệu Lễ (thuộc huyện Triệu Hải). Thị xã Đông Hà sau khi được mở rộng bao gồm các phường I, phường II, phường III, phường IV, phường V và các xã Cam An, Cam Thanh, Cam Thành, Cam Thủy, Cam Hiếu, Cam Tuyền, Cam Chính, Cam Nghĩa, Triệu Lương, Triệu Lễ.[8]

Sau khi tỉnh Bình Trị Thiên được tách thành ba tỉnh như trước vào ngày 30 tháng 6 năm 1989, thị xã Đông Hà trở thành tỉnh lỵ Quảng Trị.[5] đồng thời là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa - xã hội và khoa học kỹ thuật của tỉnh này.[1]

Ngày 23 tháng 2 năm 1991, thành lập 2 phường: Đông Thanh (tách từ xã Cam Thanh), Đông Giang (tách từ xã Cam An).

Ngày 19 tháng 8 năm 1991, tách 8 xã: Cam An, Cam Thanh, Cam Thành, Cam Thủy, Cam Hiếu, Cam Tuyền, Cam Chính, Cam Nghĩa để tái lập huyện Cam Lộ.[9]

Qua 20 năm xây dựng và phát triển, Đông Hà đã đạt được những kết quả quan trọng trên nhiều lĩnh vực. Tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh và đồng bộ, diện mạo đô thị ngày một khang trang.

Ngày 1 tháng 3 năm 1999, chuyển xã Triệu Lương thành phường Đông Lương, chuyển xã Triệu Lễ thành phường Đông Lễ.[10]

Ngày 13 tháng 12 năm 2005, Đông Hà được Bộ Xây dựng công nhận là đô thị loại III theo Quyết định số 2285/QĐ-BXD. Đây là sự ghi nhận những bước phát triển quan trọng của thị xã này.

Ngày 11 tháng 8 năm 2009, thị xã Đông Hà được nâng cấp lên thành phố theo Nghị quyết số 33/NQ-CP của Thủ tướng Chính phủ.[11]

Đồng thời với việc đón nhận quyết định thành lập thành phố, thành phố Đông Hà còn vinh dự đón nhận Huân chương Lao động hạng nhất của Chủ tịch nước. Buổi lễ công bố Nghị quyết và đón nhận huân chương được tổ chức vào ngày 1 tháng 9 năm 2009 nhân kỉ niệm 64 năm ngày Quốc khách 2/9 đã diễn ra long trọng, đầy màu sắc, thu hút hàng ngàn người dân Đông Hà tham dự.[1][12] Đây được coi là mốc son và là bước ngoặt đánh dấu quá trình xây dựng, phát triển và trưởng thành của đô thị này.

Dù vậy trên bước đường phát triển, thành phố Đông Hà không thể tránh khỏi những khó khăn, thách thức về kinh tế, xã hội và vấn đề môi trường. Một trong số những vấn đề xã hội nảy sinh là vấn nạn ma túy.,[13] ô nhiễm môi trường.[14][15] và các hiện tượng tiêu cực xã hội khác.