建城之前
在布鲁克萨尔出土的旧石器时代中期的石斧证实尼安德特人70000年前曾在附近活动。但在35000年前，他们神秘的失踪了。本市周围只有少量新石器时代的遗址。
从公元前1世纪开始，本区成为罗马帝国的领土。德国西南部的罗马帝国区域不断受到日尔曼人的威胁，公元3，4世纪，阿勒芒人和法兰克人多次冲击罗马帝国的界墙，并侵入其腹地。公元280年，罗马帝国将其边界收缩至莱茵河和多瑙河一线。
建立城市
在十七世纪末叶的数十年间，杜拉赫地区战事频仍，巴登-杜拉赫边区伯爵尤其深受其苦。经常有法国军队强行征召本地居民入伍，任何抵抗都是徒劳的，因为本区没有自己的武装。在1689年的奥尔良战争中，杜拉赫城被摧毁。此时，卡尔三世·威廉只有9岁，被迫与他的家人一起逃亡。1697年，战争结束，但只是暂时的。1701年，争夺西班牙王室继承的战争爆发，直到1714年，在无奈的接受了一系列不平等条款后，巴登－杜拉赫地区终于迎来了平静的生活。重建本地区的任务落在了35岁的卡尔三世·威廉肩上。
1711年，战争还在继续，他想到要用一个标志性建筑来改变他居所的面貌。1714年，他听从了别人的建议，一座小的狩猎房在哈耳特森林的中间破土动工，此时狩猎房四周已有四散的街道，用于连接周围的市镇。
根据传说巴登-杜拉赫边区伯爵卡尔三世·威廉在哈尔特森林一次外出打猎时睡着了。他梦见了一座金碧辉煌的宫殿，与太阳同时出现在他居所的位置，阳光沿着街道向四处辐射。卡尔·威廉派人人草拟了他梦想之城的蓝图。并在1715年6月17日这一天奠定了这座城市的基石。时至今日，人们仍能从地图上辨认出向四处散射的“太阳光线”：宫殿位于一个圈的中心，从这里出发，街道分别以网格状往南向城内，往北向森林中延伸。卡尔斯鲁厄“网状城市”的绰号由此而来。自1717年起，卡尔斯鲁厄首先成为巴登-杜拉赫边区伯爵的居所，自1806年起又成为巴登大公的居所。
巴登公国首府
由于建造匆忙，工程质量不过关，宫殿的多处出现了裂缝，维修成本不断增加。1747年，卡尔三世·威廉不得已对其进行翻修。
1752年，本市的城市法诞生。
1776年，本市居民达到6500人。
三月革命及复辟
1825年巴登大公路德维希一世建立高等技术学校，这是卡尔斯鲁厄大学的前身。
继海德堡之后，1846年德国第一批消防队之一在本市东部的杜尔拉赫地区成立了。
在1849年3月的三月革命期间，巴登大公利奥波德逃至科布伦茨。在普鲁士军队镇压起义军之后，巴登成为了一个共和国。
步入大城市的行列
1876年10月4日，勃拉姆斯第一交响曲在本市首演。
1877年1月21日，卡尔斯鲁厄市的有轨电车开始运行。
随着时间的推移，一些周边的城镇相继并入本市。1901年，本市居民总数超过10万人，从而进入大城市行列。尽管当地居民强烈反对，诺伊罗伊特镇还是被强行并入本市。州法院不得不对此作出裁决。有网上资料显示，这些合并是“强制性的”。
一战及魏玛共和国
1914年，本市的城市化进程几近终点，一战如同一个休止符。8月1日，在动员令之后，城内开始响起了激进的爱国口号，在战争进行的4年当中，至少5500本市居民牺牲。
由于接近前线，市内建起多座野战医院。从1915年1月15日起，本市开始遭受空袭。在空袭中，29人死亡，58人受伤，111座建筑被较大程度的毁坏。总损失约200000马克。由于军事设施众多，本市成为敌军优先轰炸的目标。
在1918年革命之后，卡尔斯鲁厄成为巴登自由州的首府，一直到二战结束。卡尔斯鲁厄还曾经是卡尔斯鲁厄州特派专区的居所 。
第三帝国时期
1933年，许多街道和广场换了名字，比如集市广场更名为‘阿道夫·希特勒广场’。
与上一次不同，二战开始时本市并没有表现出非常的兴奋之情，离德法边界较进处的本市居民被驱散，很多人被专列运至它处。
鉴于一战中的教训，人们从20年代末就开始了防空袭的准备工作。1940年6月15日，盟军对本市的首次空袭开始，没有造成任何伤亡。从1941年开始，死伤人数大量增加。在从战争开始的时间里，本市的防空警报拉响了1032次，持续1477个小时，在135次空袭当中，有计4000架次的盟军飞机投下12000颗炸弹，造成1745人丧生，3508人受伤，在17134座民居中，仅有3414座未遭破坏。
二战期间，被德国占领的阿尔萨斯与巴登合并，组成上莱茵区域。在瓦格纳－布尔克尔行动中，本市及全区的犹太人被送至古尔斯集中营。整个城市80%的建筑在二战中被摧毁。战后，卡尔斯鲁厄被划给符腾堡-巴登州，1952年后属于巴登-符腾堡州，。
废墟时期
二战结束后，本市居民数量由开始的185000人降为60000人。本市为法军所占领。本市大量妇女被强奸，人们在大街上被法国士兵抢劫或掳去作苦力。
7月7日，美军接管了本市的军人政府。
本市的战后废墟清理工作很成功，1947年，本市被认为是德国战后清理最好的城市。
卡尔斯鲁厄成为了联邦德国的法律之城：1950年，德国联邦最高法院开始工作。1951年9月28日，德国联邦宪法法院紧随其后。第一任主席是自由民主党的赫尔曼·霍普克－阿绍夫。1952年至1972年本市是北巴登政区的居所。1973年至今为卡尔斯鲁厄政区的居所。
币制改革和经济奇迹
1967年联邦园艺博览会在本市举办，这也是在巴登-符腾堡州第一次举办。
1977年4月7日，联邦总检察官齐格弗里德·布巴克在上班途中同他的司机和另一司法官员被红军派的恐怖分子谋杀。
1980年1月12日至1980年1月13日世界上成立最早的绿党组织德国绿党在卡尔斯鲁厄会议中心成立。
1984年8月2日德国第一封E-Mail从卡尔斯鲁厄大学的计算中心发出。当时德国的计算机先驱Werner Zorn回复了来自美国计算机网络公司CSNet官方欢迎信件。
1989年7月20日至7月30日，卡尔斯鲁厄举办了第三届以非奥运运动项目为主的世界运动会。
1995年7月13日，卡尔斯鲁厄-巴登-巴登机场在改造原来加拿大空军基地的基础上建成，巴登机场有限公司成立，卡尔斯鲁厄从此加入了国际航空交通网。
2003年，卡尔斯鲁厄展览中心建成，可以接纳14000参观者。
