В начале XVIII века на месте Стерлитамака была татарская деревня с почтовой станцией («ям») на дороге Уфа—Оренбург.
Купец Тетюшев по указу императрицы Екатерины II основал соляную пристань на реке Ашкадар (Ашкадарская пристань), которая после объединения с деревней Стерлитамак становится известна как «Стерлитамакская пристань».
Во время Пугачевского восстания (1773—1775) Стерлитамак оказался под контролем восставших, а впоследствии был сожжен. После восстановления становится административным центром Стерлитамакского уезда, в результате чего в 1781 году получает статус города.
Собор Казанской Божьей Матери (заложен в 1837 г., разрушен в 1938 г.)
Здание бывшей Земской Управы.
Мечеть в старой части города.
До отмены крепостного права самыми влиятельными помещиками Стерлитамакского уезда были Левашов (д. Левашовка, сейчас в составе города), Михайлов (д. Михайловка, сейчас микрорайон «Михайловка»), Белоусов (хутор Белоусово, частный сектор, с 2001 года входит в состав города). В городе появляются частные предприятия и множество различных кустарных производств (кожевенное производство, мукомольный завод, производство водки, пива). Известными купцами в Стерлитамаке были — купцы Усманов/Усман/, Утямишев/Үтәмеш/, Баязитов/Баязит/, Габитов/Габит/, Кайгулов/Кайгол/ и другие. После отмены крепостного права город заметно вырос по численности и территории, появились крупные производства. В 1870 г. в Стерлитамаке были построены Управа района, Городская Дума.
После Февральской революции Стерлитамакский Совет национализировал банк, телеграф и основные промышленные предприятия города. Декретом ВЦИК от 23 марта 1919 года было провозглашено создание Башкирской Автономной Советской Социалистической Республики (БАССР). Первоначально из-за отсутствия на вновь созданной автономии городских поселений управление автономией осуществлялось из города Стерлитамака, находившегося в соседней Уфимской губернии. Позже, в 1922, 14 июня — Уфимская губерния упраздняется и большая часть её территории, в том числе Стерлитамакский уезд, передается Малой Башкирии(АБСР). Столицей АБСР становится Уфа. Правительство Малой Башкирии переезжает в Уфу. В предвоенные годы Стерлитамак стремительно разрастается, в основном благодаря укрупнению предприятий и строительству новых. В 1922 году была запущена электростанция, в городе в полную силу заработали лесопилки, мельницы. На базе трёх заводов был создан кожевенно-овчинный завод, а лесопилки были объединены в один крупный лесопильный завод.
В 1930 году был создан Стерлитамакский район (к тому времени в Стерлитамаке насчитывается 24 тыс. жителей), а на его территории в 1932 году начинается добыча нефти в связи с чем район стали называть Второе Баку - отсюда начинается освоение Волго-Уральской нефти. Рядом с месторождением на территории Стерлитамакского района были созданы ещё 2 города: в 21 км в юго востоку — Ишимбай (рядом с месторождением), в 26 км к югу Салават (для обслуживания крупнейшего нефтеперерабатывающего завода — Салаватнефтеоргсинтез). В данный момент Ишимбай находится на территории Ишимбайского района. Одновременно с этим в Стерлитамак прокладывается железная дорога (в основном, для грузоперевозок) и в 1934 в город прибыл первый товарный поезд. В связи со всеми этими изменениями численность города до 1939 года возросла на 58 % и составила 37,9 тыс. человек.
В годы Великой Отечественной войны в Стерлитамак было эвакуировано множество промышленных предприятий: содовый и цементный заводы, завод «Красный пролетарий», одесский станкостроительный завод имени Ленина, московская обувная фабрика, а также Воронежский государственный драматический театр.
В 1839 году открыто первое учебное заведение — церковно-приходское училище.
В 1837—64 гг. Строительство Собора Казанской Божьей матери.
В 1917 году начала издаваться газета «Рабочий и солдат»(ныне «Стерлитамакский рабочий»).
В 1919—22 гг. столица БАССР.
В годы Великой Отечественной войны в город были эвакуированы заводы и фабрики со всей страны. Стерлитамак принял содовый и цементный заводы, бакинский завод "Красный пролетарий", одесский станкостроительный завод имени Ленина, московскую обувную фабрику. Самоотверженный труд многих людей позволил быстро и оперативно запустить эти заводы и наладить выпуск продукции для нужд фронта. В декабре 1942 года Ишимбайская ТЭЦ дала промышленный ток для предприятий Стерлитамака.
После Великой Отечественной войны 1941-1945 годов институтом "Башпроект" создан генеральный план развития Стерлитамака. Предусматривалось создание единого городского массива вокруг частично реконструируемого исторического центра и целостного архитектурного образа города, увязанного с природными условиями.
Город делился на два жилых района Западный и Восточный.Определялась территория для развития имеющихся производств и постройки новых. В ноябре 1951 года на содовом заводе были получены первые тонны кальцинированной соды. В 1952 году был введен в эксплуатацию цементный завод, в 1956 шиферный. 30 сентября 1957 года начала работать и давать ток первая очередь Стерлитамакской ТЭЦ. 1960 год начала работы завода синтетического каучука. Созданное в 1963 году при заводе опытное производство теперь самостоятельное производство ЗАО "Стерлитамакский нефтехимический завод". До 1974 года в городе шло большое жилищное, культурно-бытовое, коммунальное и промышленное строительство. В феврале 1946 в городе открывается Русский драматический театр. Учительский институт в 1958 году преобразован в Стерлитамакский педагогический институт. С 1955 года в городе работает учебно-консультационный пункт Всесоюзного заочного политехнического института. Стерлитамак - это город нефтехимической и химической промышленности.
Город Стерлитамак называют городом "большой химии". Около половины всего населения города трудится в данной промышленности. Крупные заводы "Башкирская содовая компания", "Башпласт", "Синтез-Каучук", СНХЗ, "Строймаш", "Вагоноремонтный завод", "Строительные материалы" и другие.
Развита в Стерлитамаке машиностроительная и станкостроительная отрасль - заводы "Красный пролетарий", выпускающий высококачественное серийное нефтепромысловое оборудование. "Вагоноремонтный завод" - единственный в Урало-Поволжском регионе, экономически очень хорошо развит. Завод "Строймаш", концерн "Инмаш", "Стерлитамакский станкозавод". В городе хорошо развита стройиндустрия, много строительных организаций. Все эти строительные компании занимаются обеспечением населения города жильем.
Широко в городе представлена пищевая промышленность - СТАЛК - Стерлитамакский спирто-водочный комбинат, Завод "Шихан" - производитель прохладительных напитков и пива, Стерлитамакский хлебокомбинат-широко известный комбинат хлебобулочных и кондитерских изделий, Молочный комбинат на котором производят десятки видов продукции.
Город заботится и о здоровье своих жителей. Вводятся новые больницы. Ежегодно летом за счет средств города и социального фонда предприятий в детских оздоровительных лагерях и санаториях отдыхают и поправляют свое здоровье тысячи детей. Работают в городе и коммерческие центры эстетической медицины, офтальмологический центр, стоматологические кабинеты. Выпускникам школ есть куда пойти учиться. Для них открыты двери Стерлитамакской педагогической академии, филиала Уральской государственной академии физической культуры, филиалов Уфимского нефтяного и Башкирского государственного университетов, Всероссийского заочного финансово-экономического института. Широкий выбор профессий предоставляют городские техникумы и училища, в городе работают платные высшие учебные заведения.
Активно развивается торговля и сфера досуга. В 2013 году был открыт совремнный торгового-развлекательный центр "Арбат", в котором расположился 6-зальный кинотеатр "Мираж Синема", гипермаркет "Райт", семейный центр "Динозаврия" и десятки бутиков. Несколько лет в городе работает тороговый центр "Фабри", в котором есть крупнейший гипермакет "ОКЕЙ". В 2015 году в открылся торговый центр METRO.
В 2012 году заработал дворец спорта "Стерлитамак-Арена" вместимостью 2500 мест. В нём функционируют множество секций: хоккей, теннис, волейбол, фигурное катание. Имеется тренажерный зал, ледовый каток и игровой зал.