Les premières traces d’occupation humaines remontent à l’ère gallo-romaine. Diverses trouvailles ont été faites sur le territoire de la commune, aux environs de l’actuelle Rue des Romains (le long du Canal). La ville portait le nom de Caturiges. Il en est par ailleurs fait mention sur la Table de Peutinger.
Il semble cependant que la ville n’ait vraiment commencé à se développer qu’à partir du haut Moyen Âge, avec la construction d’un château.
Baptisée Bar-le-Duc en référence au duc de Bar, elle est capitale du comté puis duché de Bar (quand il devient un duché en 1354). La ville prend le nom de Bar-sur-Ornain pendant la Révolution.
Les comtes puis ducs de Bar étaient vassaux du roi de France depuis 1301 pour la rive gauche de la Meuse. Bar-le-Duc faisait partie de ce territoire et ses habitants en profitaient pour faire appel au Parlement de Paris lors de divers litiges.
En 1419 le traité de Foug prévoit le mariage de l’héritier du duc de Bar avec l’héritière du duc de Lorraine. Désormais les deux pays, tout en gardant leur identité, auront un même souverain qui portera le titre de "Duc de Lorraine et de Bar".
Charles IX passe dans la ville lors de son tour de France royal (1564-1566), accompagné de la Cour et des Grands du royaume : son frère le duc d’Anjou, Henri de Navarre, les cardinaux de Bourbon et de Lorraine[1]. La ville appartient alors aux Guise qu’il faut séduire.
Le 21 février 1604, le Parlement de Paris rend un arrêt au profit des habitants des villes basses et faubourgs de Bar et bourg de Longeville, qui faisaient appel d’une décision du duc de Lorraine et de Bar Charles III au sujet de l’imposition de certaines taxes, qui avaient été décidées par une assemblée du clergé et de la noblesse à laquelle le tiers-état n’avait pas été convoqué.
Le 26 juillet 1789, la foule massacre le marchand de grains Pélicier, riche notable de la ville, lors d’une émeute de subsistance.
À l’issue des guerres de la Révolution, les coalisés occupent la ville de 1815 à 1818 (traité d’Aix-la-Chapelle).
Bar-le-Duc a remporté la finale des Jeux sans frontières en 1979.