Am Anfang der Geschichte Darmstadts steht eine kleine dörfliche Siedlung, die erstmals Ende des 11. Jahrhunderts urkundlich als Darmundestat
namentlich erwähnt wird. Um die Mitte des 13. Jahrhunderts errichteten die Grafen von Katzenelnbogen hier eine Wasserburg, die den nördlichen Ausgangspunkt der als Verkehrsweg viel genutzten Bergstraße und damit den Verkehr zwischen Heidelberg und Frankfurt kontrollierte.
1330 erhalten die Grafen für ihren Ort Darmstadt das Stadtrecht durch den Kaiser. Mit dem Aussterben des Geschlechts Katzenelnbogen 1479 fiel die Grafschaft als Erbe an die Landgrafen von Hessen, die in Marburg residierten. Erst durch diesen Erbfall wurde Darmstadt hessisch. Der Ort jedoch geriet ganz an den Rand des hessischen Territoriums und verlor daher an Bedeutung.
1527 wird in Darmstadt die Reformation eingeführt. In Folge der Bauernkriege wird auch Darmstadt schwer beschädigt.
Einen Neubeginn und ihre erste Blütezeit erlebte die Stadt, als sie im Jahre 1567 zur Residenz erhoben wurde. Georg, der jüngste Sohn des im gleichen Jahr verstorbenen hessischen Landgrafen Philipp des Großmütigen, erbte die alte Obergrafschaft Katzenelnbogen und erhob als Georg I. Darmstadt 1567 zu seiner Residenz.
Die erste Blüte der jungen Hauptstadt wurde durch die Leiden und Nöte des 30 jährigen Krieges jäh unterbrochen. Darmstadt litt, wie viele Städte zu dieser Zeit, unter der Pest und den Folgen des Krieges. Eine nächste Blüte erlebte die Stadt unter Landgräfin Karoline, der Großen Landgräfin
. In die Geschichte ging sie ein, weil sie ab 1771 einen Kreis von Musikern, Dichtern und anderen Schöngeistern um sich versammelte, den Kreis der Empfindsamen
, dem Karoline, Johann Heinrich Merck, Johann Gottfried Herder, Klopstock, Wieland und der junge Goethe angehörten.
Die Wende vom 18. zum 19. Jahrhundert brachte für die Landgrafschaft Hessen-Darmstadt und für deren Hauptstadt Darmstadt einen bedeutenden Entwicklungsschub. Die territorialen Umwälzungen der napoleonischen Zeit, die mit der Säkularisation 1802/03 einsetzten und über die Gründung des Rheinbundes und das Ende des Alten Reiches 1806 bis zum Wiener Kongress 1815 führten, hatten aus der kleinen Landgrafschaft das auf mehr als das doppelte seines ursprünglichen Territoriums angewachsene Großherzogtum Hessen mit der neuen Provinz Rheinhessen entstehen lassen.
Die Hauptstadt erhielt eine neue Bedeutung als Verwaltungssitz eines beträchtlich vergrößerten souveränen Staates. Diesem Zuwachs konnte nur mit einer groß angelegten Stadterweiterung begegnet werden, die der 1810 nach Darmstadt berufene Architekt Georg Moller in enger Zusammenarbeit mit Ludewig I. ins Werk setzte. Es entstand in wenigen Jahrzehnten eine ganz neue Stadtanlage im Westen, welche die alte Stadt an den Rand drängte und das Zentrum Darmstadts an den neuen, nach Großherzogin Luise benannten Platz verlegte.
Mit dem Tod Großherzog Ludewigs I. setzte unter seinem Nachfolger Ludwig II. (1830-1848) eine Phase der politischen Restauration ein. Bekanntestes Opfer der neuen Politik war der Darmstädter Arztsohn Georg Büchner, der 1834 in Darmstadt eine Sektion der revolutionären Gesellschaft der Menschenrechte
gründete und den Hessischen Landboten
herausgab. Büchner machte vor allem auf das starke soziale Gefälle zwischen der Bevölkerung der wohlhabenden Residenz und dem erbärmlichen Leben der Landbevölkerung, etwa im Odenwald aufmerksam.
Die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts stand in Darmstadt ganz im Zeichen einer raschen Industrialisierung. Bereits 1836 zählte ein Darmstadtführer mehrere Manufakturen auf, darunter eine Tapeten-, eine Hemden-, eine Hut-, eine Spielkarten- und eine Zündholzfabrik sowie eine Maschinenbauanstalt. Die von dem Apotheker Heinrich Emanuel Merck begründete chemisch-pharmazeutische Fabrik produzierte ab 1842 auf dem Gartengelände am heutigen Mercksplatz.
Im August 1846 wurde der Main-Neckar-Bahnhof eröffnet und die Bahnstrecke Heidelberg-Darmstadt-Frankfurt für den Verkehr freigegeben. 1858 folgten die Bahnstrecken nach Mainz und Aschaffenburg, 1869 die Odenwaldbahn und 1871 die Riedbahn von Darmstadt nach Worms.
Auch auf dem Bildungssektor trug man der Entwicklung Rechnung. Zur bereits 1821/22 errichteten Real- und Technischen Schule kam 1877 schließlich eine Höhere Gewerbeschule, die 1878 zur Polytechnischen Schule und 1887 schließlich zur Technischen Hochschule erhoben wurde.
Der letzte Darmstädter Großherzog Ernst Ludwig (1892-1918) war ebenso wie Ludewig I. durch Neigung und Begabung mit den Künsten verbunden, er malte, komponierte und schrieb Gedichte. Die entscheidende Bedeutung Ernst Ludwigs für die Kunst liegt jedoch in der 1899 erfolgten Berufung von sieben Künstlern nach Darmstadt und der Gründung einer Darmstädter Künstlerkolonie auf der Mathildenhöhe, mit der er in Darmstadt völlig neue Wege beschritt.
Der Erste Weltkrieg unterbrach die Aufwärtsentwicklung Darmstadts. Die politischen Umwälzungen bei Kriegsende mündeten in die Absetzung des Großherzogs und die Begründung einer zumindest von den demokratischen Kräften Hessens begrüßten Republik.
Zum 01. April 1937 wurden die Vororte Arheilgen und Eberstadt nach Darmstadt eingemeindet, das damit Großstadt mit mehr als 110.000 Einwohnern wurde.
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, beschrieb ein englischer Bomberpilot das furchtbarste Ereignis der Darmstädter Geschichte, die totale Zerstörung der alten Haupt- und Residenzstadt in der Nacht vom 11. zum 12. September 1944. 235 Bomber der Royal Air Force verwandelten die alte Haupt- und Residenzstadt in eine ausgedehnte Trümmerwüste. Der perfekte Ablauf des nach einer neuen Strategie geflogenen Angriffs kostete über 11.000 Menschen das Leben und zerstörte die Stadt zu fast 80%.
Nachdem Darmstadt nach der Beendigung des Zweiten Weltkrieges keine Residenzstadt mehr war, gestaltete sich der kulturelle Wiederaufbau recht schwierig. Doch die Deutsche Akademie für Sprache und Dichtung, die alljährlich mit dem Georg-Büchner-Preis den bedeutendsten deutschen Literaturpreis vergibt, fand hier ihren Sitz.
Dass die Darmstädter das Feiern nicht verlernt hatten, zeigte das 1951 als identitätsstiftende Maßnahme begründete und seitdem jährlich veranstaltete Heinerfest, das anfänglich zwischen Baracken und Ruinen stattfand.
Auch auf wirtschaftlichem Gebiet verzeichnete Darmstadt Erfolge. Nach der erfolgreichen Ansiedlung der rauchlosen Industrie
gab es eine kontinuierliche Ergänzung durch neue Betriebe, vor allem auf dem Gebiet von Dienstleistungen und hier speziell bei Computer-Programmen. Stark gewachsen ist in den letzten Jahrzehnten der Sektor Software, der Programme für Computer erarbeitet. In der Fachwelt wird Darmstadt deshalb als heimliche Software-Hauptstadt
bezeichnet.
Auf dem Gebiet der Weltraumforschung entwickelte sich Darmstadt zu einem wichtigen europäischen Zentrum: zunächst erhielt 1967 das Europäische Raumflugkontrollzentrum der ESA (European Space Agency), ESOC, seinen Sitz in Darmstadt. Neunzehn Jahre später folgte ihm die Zentrale der Europäischen Organisation für meteorologische Satelliten (EUMETSAT). Seitdem gilt Darmstadt als das Zentrum der europäischen Weltraumfahrt.