Karlsruhe ist eine sehr junge Stadt, deren Geschichte erst am 17. Juni 1715 mit der Grundsteinlegung zum neuen Residenzschloss des Markgrafen Karl Wilhelm von Baden-Durlach begonnen hat.
Am 17. Juni 1715 wurde im Hardtwald nahe der Straße zwischen Mühlburg und Durlach der Grundstein zum Schloss des Markgrafen Karl Wilhelm von Baden-Durlach gelegt. Mit dem Schlossturm als Zentrum wurde das Umland durch 32 Alleen in alle Himmelsrichtungen erschlossen. Nur wenige Monate später ließ Markgraf Karl Wilhelm einen „Privilegienbrief“ verbreiten, in dem er den Neubürgern in der beim Schloss zu gründenden Stadt Karlsruhe weitreichende Vergünstigungen anbot. In den folgenden Jahren entstand zwischen den neun nach Süden ausgerichteten Alleen die Stadt Karlsruhe mit ihrem noch heute gut erkennbaren Fächergrundriss.
Dank großzügiger Aufnahmebedingungen für Neubürger wuchs die Stadt zunächst zufriedenstellend, 1719 waren es fast 2.000 Einwohner. Verbrieft wurden erstmals in einer Residenzstadt Freiheit zur Ausübung aller im Reich tolerierten Religionen, darüber hinaus Freiheit von Leibeigenschaft und Frondiensten, ein Bauplatz nebst Baumaterial, Steuerfreiheiten, eine bürgerliche Gerichtsbarkeit sowie ein Anhörungs- und Vorschlagsrecht für alle Bürger. Weniger weit reichende Privilegien hat es zu dieser Zeit auch in anderen Städten gegeben, aber kein Privilegienbrief war bisher mit solcher Publizität verbreitet worden. Als Druckschrift fand er Verbreitung außerhalb Badens und erschien auch in französischen Zeitungen. Die Neubürger kamen denn auch zu 50 % aus Orten mit mehr als 100 km Entfernung, 18 % stammten von außerhalb des Reiches, vor allem aus Frankreich, der Schweiz, aber auch aus Italien und Polen.
Die Stadt wuchs nach den Anfangserfolgen nach ihrer Gründung nur langsam, um 1750 zählte sie gerade mal rund 2.500 Einwohner. Es bedurfte eines dem Fortschritt zugewandten Fürsten mit Fortune, um der Stadtgründung im Wald zukunftsweisende Entwicklungsmöglichkeiten zu eröffnen. Markgraf Karl Friedrich, der Enkel des Stadtgründers und sein unmittelbarer Nachfolger, trat nach einem vormundschaftlichen Interregnum 1746 die Regentschaft an und übte sie zum Segen der Stadt bis 1811 aus. Karl Friedrich gilt als herausragender Vertreter des aufgeklärten Absolutismus. Das spiegelte sich wider in der Förderung des Unterrichtswesens, der bürgerlichen Rechtspflege, der Aufhebung der Folter (1767) und der Leibeigenschaft (1783) wie im Judenedikt (1806), das den Juden den Weg der Emanzipation wies. Der Verbesserung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit des Landes dienten der Bau von Landstraßen, Kanälen und die Anlage landwirtschaftlicher Musterbetriebe. Zusammen mit Markgräfin Karoline Luise erwarb er der Karlsruher Residenz den Ruf eines "Musenhofes", der der Bedeutung des kleinen Landes weit voraus war. Das Fürstenpaar zählte zu seinen Gästen Voltaire, Herder, Lavater, Goethe, Klopstock, Gluck und Wieland. Es schuf so ein von geistiger Freiheit geprägtes Klima, wie es der Tradition der Oberrheinregion, in der sich unterschiedliche geistige und kulturelle Strömungen überlagerten und gegenseitig beeinflussten, entsprach.
Zudem konnte Karlsruhe als Residenzstadt von den verschiedenen badischen Gebietserweiterungen unter Karl Friedrich profitieren. 1771 wurden die beiden badischen markgräflichen Lande nach dem Tode des Markgrafen August Georg von Baden-Baden erstmals seit 1535 wieder vereinigt. Einen erneuten Aufschwung nahm die Stadt nach dem Aufstieg der Markgrafschaft zum Kurfürstentum (1803) bzw. zum Großherzogtum (1806) und den damit verbundenen enormen Landgewinnen: Baden hatte zunächst als Verbündeter Napoleons sein Territorium vervierfacht. Nach dem rechtzeitigen Überwechseln in das Lager der Gegner Napoleons wurden diese Gewinne auf dem Wiener Kongress 1815 bestätigt. Die Bevölkerung war zu diesem Zeitpunkt auf über 15000 angewachsen.
Der Aufstieg des Landes spiegelte sich in der Stadt wieder: Bereits in den 1770/80er Jahren war der Neubau des Schlosses auf den alten Grundmauern abgeschlossen und Planungen zur Stadterweiterungen erörtert worden. Mit dem Karlsruher Zimmermannssohn Friedrich Weinbrenner fand Karl Friedrich den Baumeister, der seiner Residenz ab 1801 das klassizistische Gepräge gab. Hatte der Gründer der Stadt den Fächergrundriss geplant, so schuf Weinbrenner die bis heute das Bild der Stadt bestimmende Mittelachse vom Schloss über den Markt- und Rondellplatz zum Ettlinger Tor. Sie ist gesäumt von seinen Bauten, u. a. dem Rathaus und der evangelischen Stadtkirche. Über der Gruft des Stadtgründers errichtete er auf dem Marktplatz die Pyramide als Grabmal, das zum Karlsruher Wahrzeichen wurde. Weinbrenners Marktplatz gilt heute noch als "Lehrstück urbaner Raumgestaltung", "als eine der feinsten Leistungen städtebaulicher Kunst".
Das Großherzogtum Baden war aus einer Vielzahl kleiner und kleinster territorialer Einheiten mit unterschiedlichsten herrschaftlichen, ökonomischen, kulturellen und konfessionellen Traditionen und Strukturen zusammengefügt worden. Es verwundert daher nicht, dass Karlsruhe weniger unbestritten als Landesmetropole akzeptiert wurde als die Residenzen in Bayern oder Württemberg. Gleichwohl hielt der Ausbau der Residenz mit staatlichen Institutionen und repräsentativen Bauten im 19. Jahrhundert unverändert an. Als 1818 nicht die erste, aber die fortschrittlichste von Karl Friedrich Nebenius erarbeitete Verfassung der Zeit für Baden erlassen wurde, bezog das Parlament 1822 den ersten eigenständigen Parlamentsbau Deutschlands, das Ständehaus in Karlsruhe. Die hier tagende Zweite Kammer wurde zum Forum, das durch politische Diskussionen und Reformen das Zusammenwachsen des Großherzogtums maßgeblich förderte. Im Vormärz wuchs dem Parlament stilbildende Kraft für ganz Deutschland zu, es wurde zur "Wiege der deutschen Demokratie". Die Forderungen nach mehr politischer Mitsprache, Pressefreiheit, Trennung von Justiz und Verwaltung, Öffentlichkeit und Mündlichkeit von Justizverfahren sowie der Aufhebung von Frohnden und Zehnten wurden hier drängender gestellt, leidenschaftlicher diskutiert und unbeugsamer vertreten als sonst in Deutschland. Zu den viel beachteten Diskussionen zählten auch jene zur erstmals gestellten sozialen Frage, zur Judenemanzipation und nicht zuletzt zur deutschen Einheit. Entsprechend brach sich die Revolution 1848/49 kaum irgendwo auf deutschem Boden so heftig Bahn wie in Baden, wo in Karlsruhe 1849 die erste, wenn auch nur kurzfristige und durch preußische Truppen niedergeschlagene Republik Deutschlands, bestand. Mit dem Beginn einer neuen liberalen Ära unter dem seit 1852 herrschenden Großherzog Friedrich I. in den 1860er Jahren gewann das Karlsruher Ständehaus und die hier bis 1871 praktizierte Abhängigkeit der Regierung vom Vertrauen des Parlaments noch einmal nationale Aufmerksamkeit. Das in dieser Zeit geschaffene Gerichtsverfassungsgesetz gilt als Meilenstein in der Rechtsgeschichte, da es erstmals die Möglichkeit eröffnete, verbriefte individuelle Rechte der Bürger gegenüber Rechtsverstößen des Staates einzuklagen.
Dem kunstsinnigen badischen Fürstenhaus und dessen Ziel der repräsentativen Ausstattung seiner Residenz auch als kulturelles Zentrum des Landes verdankt die Stadt ihre traditionellen, großen Einrichtungen für Kunst und Kultur. Sie haben ihren hohen Rang bis heute erhalten können und bilden die Grundlagen für die kulturelle Breite und Vielfalt Karlsruhes. Das Hoftheater (seit 1808) erlebte ab 1853 im neuen Haus seine glanzvollste Epoche, und die Stadt genoss den Ruf eines "Klein Bayreuth". Die seit 1806 zugängliche Kunstsammlung erhielt 1846 einen repräsentativen, später erweiterten Neubau. Sie besitzt heute eine der bedeutendsten Sammlungen alter Meister. 1873 wurde das Sammlungsgebäude (Bibliothek, Sammlung für Altertums- und Völkerkunde, Naturalien- und Münzkabinett) eröffnet. Seit 1818 besteht der zweitälteste deutsche Kunstverein, dessen Gründung von dem sich formierenden Bürgertum ausging.
Anderen als repräsentativen Überlegungen folgte der Ausbau des Bildungssystems. Die anstehenden Entwicklungen, der Aufbruch in das industrielle Zeitalter erforderte gut ausgebildete Fachleute. So entstand 1825 nach Pariser Vorbild die erste Technische Hochschule auf deutschem Boden. Johann Gottfried Tulla, der die Rheinbegradigung geplant hatte, war ihr Mitbegründer. Gelehrte wie Redtenbacher, Grashof, Weltzien, Engler, Bunte, Hertz, Haber und Lehmann gehörten im 19. Jahrhundert zu den herausragenden Gelehrten, die die Hochschule zur Keimzelle bedeutender, bis heute wirksamer Innovationen machten. Absolventen wie Robert Gerwig, Carl Benz, der Erfinder des Automobils, oder Karlsruher Industrielle bestätigten ihren hervorragenden Ruf als Ausbildungsstätte. Der Erfinder des Fahrrads, der Karlsruher Carl Frhr. Drais von Sauerbronn, war allerdings Autodidakt. Kunstakademie (1854), Pädagogische Hochschule (1875), Baugewerkeschule (1878, heute Hochschule für Technik) und das Konservatorium (1884, heute Musikhochschule) vervollständigten den Reigen der Hochschulen in der Stadt. Mit der Schaffung des dualen Systems der technisch-gewerblichen Berufsbildung seit 1834 und dem Mädchengymnasium in Karlsruhe seit 1893 setzten Land und Stadt weitere nationale Maßstäbe.
Trotz des Aufschwungs um die Jahrhundertwende behielt Karlsruhe in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts aber zunächst noch seinen eher beschaulichen Charakter. Wie bei den anderen deutschen Großstädten ging ein wesentlicher Impuls erst wieder von der Industrialisierung aus. Vor 1850 entstanden allerdings nur vereinzelt Betriebe, aus denen später Großunternehmen werden sollten, z. B. die Maschinenfabrik Martiensen & Keßler, die 1842 die erste badische Lokomotive baute. Diese frühe Industrialisierung Karlsruhes hatte das Erscheinungsbild der Residenz und ihrer Gesellschaft nur allmählich verändert. Die eigentliche Ansiedlung von Industrien setzte in Karlsruhe erst in den 60er Jahren des 19. Jahrhunderts ein. Mit der Hochindustrialisierung nach der Reichsgründung 1871 wurde auch die badische Residenzstadt von deren gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Dynamik erfasst. Im Zeichen des Bevölkerungswachstums, der Urbanisierung und der Industrialisierung erlebte die Stadt im 19. Jahrhundert eine zweite tiefgreifende Veränderung der äußeren und inneren Verhältnisse. Die Bevölkerung wuchs auch in Karlsruhe explosionsartig, die Stadt wurde 1901 mit 100.000 Einwohnern Großstadt.
Die Entwicklung Karlsruhes zur Industriestadt mit Schwerpunkt in der Metallverarbeitung und dem Maschinenbau wurde nach dem Ersten Weltkrieg abrupt unterbrochen. Der Verlust des Hofes nach der Abdankung des letzten Großherzogs 1918 spielte aber inzwischen keine Rolle mehr. Karlsruhe hatte sich von der Abhängigkeit vom Hof gelöst, welche die ersten 150 Jahre seiner Entwicklung geprägt hatten. Es blieb auch unverändert Landeshauptstadt mit dem gesamten Verwaltungsapparat und den zentralen Einrichtungen. Die großherzoglichen Kulturinstitutionen führte der Freistaat Baden fort.
Allerdings lag Karlsruhe nach den Bestimmungen des Versailler Vertrages in der entmilitarisierten Zone. Dadurch ging die Garnison als ökonomischer Faktor verloren. Entscheidender war aber, dass Elsass-Lothringen wieder an Frankreich fiel, wodurch die Karlsruher Industrie ein wichtiges Absatzgebiet verlor. Zudem traf die vorübergehende Unterbrechung der Auslandsbeziehungen die exportorientierte Maschinenindustrie besonders hart. Die Umstellung von der nicht unbedeutenden Rüstungs- auf Friedensproduktion führte zu einer hohen Labilität im Karlsruher Wirtschaftsleben. Der Industriestandort Karlsruhe im Schatten der Grenze zu Frankreich war für Investoren nicht attraktiv.
Dennoch wuchs die Stadt kontinuierlich weiter: 1933 hatte sie knapp 155.000 Einwohner. Bis zu diesem Zeitpunkt waren auch zahlreiche Nachbarorte nach Karlsruhe eingemeindet worden und hatten wesentlich zum Wachstum der Stadt beigetragen, darunter als erste 1886 die Nachbarstadt Mühlburg, als letzte das Dorf Bulach im Jahr 1929. Damit bekam Karlsruhe neben einer ansehnlichen Anzahl neuer Einwohner vor allem das dringend benötigte Areal zur Ausdehnung der Stadt.
Politisch war aus der im Kaiserreich noch weitgehend nationalliberal dominierten badischen Landeshauptstadt zunächst eine Stadt geworden, in der die Weimarer Koalition aus SPD, Deutscher Demokratischer Partei und Zentrum die Richtung vorgab. Bis heute nachwirkende Planungen und Projekte wie der Generalbebauungsplan von 1926 oder der Bau von neuen Wohnsiedlungen, darunter mit der Dammerstocksiedlung ein Beleg für die Öffnung zum Neuen Bauen, wurden trotz schwieriger finanzieller Lage auf den Weg gebracht. Mit dem Ausbruch der Weltwirtschaftskrise stieg die Zahl der NSDAP-Wähler und Wählerinnen so rapide an, dass die Nationalsozialisten schon 1930 zur stärksten politischen Kraft wurden.
Obwohl der Sprung über die 50-Prozent-Hürde auch hier nicht gelang, schaltete die NSDAP nach der Ernennung Adolf Hitlers zum Reichskanzler rasch die politischen Gegner aus und die Verwaltung und Öffentlichkeit im neuen Führerstaat gleich. Aus der badischen Landeshauptstadt wurde die Gauhauptstadt Karlsruhe, in der nun nationalsozialistische Propagandaveranstaltungen mit Beteiligung der regionalen und häufig auch der deutschen Parteiprominenz zum Alltag gehörten.
Wie für Deutschland insgesamt hatte die nationalsozialistische Machtübernahme für die Stadt katastrophale Folgen. Der jüdische Bevölkerungsteil wurde entweder aus der Stadt vertrieben oder aber seit 1940 deportiert und schließlich umgebracht, die Stadt in dem von Deutschland begonnen Zweiten Weltkrieg zu einem großen Teil zerstört. Zu den Folgen des Zweiten Weltkrieges gehörte darüber hinaus der Verlust der Hauptstadtfunktion. Die quer durch Baden verlaufende Grenze der Besatzungszonen rückte Karlsruhe nicht nur geographisch in einen "toten Winkel". Die Erhaltung der Zentralität der Stadt bei den Verwaltungsdienstleistungen für ganz Nord- und Mittelbaden mit zahlreichen Institutionen des Landes und des Bundes verhinderte aber das Absinken Karlsruhes zur unbedeutenden Provinzstadt. Der Bundesgerichtshof und das Bundesverfassungsgericht machten die Stadt zur "Residenz des Rechts". Mit dem Kernforschungszentrum wuchs das in der Technischen Hochschule vorhandene Forschungspotential. Nach der Stagnation der Zwischenkriegszeit nahm die industrielle Entwicklung seit 1946/47 einen Aufschwung, der in der Ansiedlung zweier Ölraffinerien nördlich von Maxau gipfelte. Die europäische Einigung verwandelte zudem den früheren Nachteil der Grenznähe in den Vorteil, im Zentrum europäischer Verkehrswege zu liegen.
Nach der raschen Trümmerräumung der Innenstadt begann bald nach der Währungsreform ein langanhaltender Bauboom. Der Wiederaufbau ging allmählich in einen Ausbau der Stadt über. Im Stadtinneren konnten die historischen Konturen des Fächergrundrisses und zentraler Weinbrennerbauten erhalten werden, ohne damit die Entwicklung zur modernen Großstadt zu hemmen. An den Stadträndern wuchsen moderne Wohnviertel, etwas außerhalb entstanden Trabantensiedlungen. Das rasche Wachstum der Stadt bis weit in die 1960er Jahre ließ die Frage erneuter Eingemeindungen dringlich werden. Die ehemalige Residenzstadt liegt heute nach den Eingemeindungen der 1970er Jahre in einem Kranz ehemals selbständiger Gemeinden, die zumeist viel älter sind als Karlsruhe.
Der am Ende der 1960er Jahre einsetzende gesellschaftliche und wirtschaftliche Wandel wirkte sich auch in der Kommunalpolitik aus. Statt der "autogerechten Stadt" wurde der "stadtgerechte Verkehr" zur Leitlinie der Verkehrsplanung. An die Stelle des Ausbaus der Stadt trat der innerstädtische Umbau und die Stadterneuerung mit der Sanierung ganzer Stadtviertel wie des "Dörfle", der Konversion ehemaliger Industrieflächen und der Schaffung neuer Grünanlagen. Ziel dieser Maßnahmen war die Steigerung der Lebensqualität in der Stadt, um die Abwanderung besserverdienender Bürger in das Umland zu verhindern. Diese Entwicklung setzt sich bis heute fort: 1996 ermöglichte der Abzug der amerikanischen Truppen aus Karlsruhe die Gründung des neuen Stadtteils Nordstadt und auf dem Areal des 1997 geschlossenen Bahnausbesserungswerks entstand das neue Stadtquartier östliche Südstadt.
Der wirtschaftliche Strukturwandel seit den 1980er Jahren brachte auch Karlsruhe einen Verlust von Arbeitsplätzen im produzierenden Gewerbe und eine Zunahme bei den Dienstleistungen. Die Stadt setzte auf die Chancen der neuen Technologien und richtete die Technologiefabrik als Existenzgründerzentrum ein. Seit 1996 bietet der Technologiepark Räumlichkeiten und Infrastruktur für Firmen aus den Bereichen Forschung und Technologie. Zudem schuf man gemeinsam mit den umliegenden Städten und Landkreisen die TechnologieRegion Karlsruhe zur Stärkung der Region im internationalen Wettbewerb. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Region Karlsruhe zum drittgrößten IT-Cluster Europas mit etwa 30.000 Arbeitsplätzen in diesem Bereich entwickelt. Der Forschungs- und Hochschulstandort Karlsruhe wurde durch die Fusion der Universität Karlsruhe mit dem Forschungszentrum zum Karlsruher Institut für Technologie (KIT) im Jahre 2009 weiterentwickelt.
Für eine wesentlich verbesserte Verkehrsanbindung der Region sorgt die 1992 eingeführte Zweisystem-Stadtbahn, die sowohl Straßen- als auch Bundesbahngleise befahren kann. Die Länge ihres Netzes beträgt heute über 660 Kilometer. In der Karlsruher Innenstadt wurde infolge der damit rapide angewachsenen Fahrgastzahlen eine Entlastung insbesondere der Kaiserstraße notwendig. Diese soll mit der 2010 begonnenen Kombilösung erreicht werden, die einen Stadtbahntunnel unter der Kaiserstraße mit Südabzweig und den Umbau der Kriegsstraße vorsieht. Die Maßnahmen sollen Ende 2021 abgeschlossen werden.
Der Kultur- und Kreativbereich wurde in Karlsruhe als wichtiger Standortfaktor seit Beginn der 1990er-Jahre deutlich gestärkt. Zu den aus der Zeit der Residenz und Landeshauptstadt erhaltenen kulturellen Institutionen kamen 1992 die Hochschule für Gestaltung und fünf Jahre später das heutige Zentrum für Kunst und Medien (ZKM), eine mittlerweile weltweit bekannte Forschungs- und Ausstellungseinrichtung, hinzu. 2019 wurde Karlsruhe von der UNESCO als erste und bisher einzige deutsche Stadt in das internationale UNESCO Creative Cities Network als Stadt der Medienkunst aufgenommen.
Im Osten der Stadt entstand auf dem Areal des nicht mehr genutzten Schlachthofs der Kreativpark Alter Schlachthof, in dem u. a. Kulturzentren und Betriebe der Kreativwirtschaft angesiedelt sind.
In den letzten 50 Jahren stieg die Bevölkerungszahl Karlsruhes um etwa 50.000. Im Jahr 2020 wurden knapp 300.000 Einwohnerinnen und Einwohner mit Hauptwohnsitz gezählt.
