У другій половині XVII — початку XVIII століття ця частина Слобожанщини масово заселюється козаками з Гетьманщини, кріпаками з південних районів Московії та Мордовії.
У другій половині XVIII сторіччя територія, яку нині посідає місто, масово заселяється козаками Слобідського війська.
Місто розвинулося від селища при маленькій залізничній станції, побудованій у 1868 році, до сучасного досить великого міста обласного значення, промислового центру й транспортного вузла.
Наприкінці 60-х років XIX століття на споруджуваній Курсько-Харківсько-Азовській залізниці біля річки Казенний Торець з’явилася залізнична станція Краматорська, поблизу якої виросло селище. Спочатку селище мало назву Крам на Торці, потім поступово назва змінилась на Краматорськ.
З квітня по грудень 1918 року Краматорськ перебував під владою Української Держави гетьмана Павла Скоропадського. Після антигетьманського повстання Краматорськ ненадовго перейшов під владу Директорії УНР.
Через поразку УНР в радянсько-українській війні, Краматорськ, як і інші населені пункти Донбасу, опинився під радянською владою.
З 1926 року — селище міського типу, 1932 року отримав статус міста обласного підпорядкування у складі новоствореної Донецької області.
27 жовтня 1941 місто було окуповане німецькими військами.
У повоєнні часи в місті було збудовано Завод лиття та пакувань, електроламповий Завод «Альфа» (1969), комбінат панельного домобудівництва (1972), відкрито тролейбусну лінію (1971). На горі Карачун збудовано ретрансляторну вежу. Двічі — у 1964 і 1985 роках місто зазнавало поводі.
