遠古時代（約2—4萬年前），通化地域已有人類生存。
通化縣大安鎮舊石器時代洞穴遺址，發現大量的古生物化石、骨器，如尖狀器、刮削器等遺物和人類用火遺跡，均證明這里是舊石器時代人類生活居住的遺址。
新石器時代（約5—6千年前），通化市渾江兩岸已有新石器時代的古人類，在漁獵稼穡，繁衍生息。
隨著歷史的發展，通化地方的古人類經過長期相互影響，逐漸形成了華夏、肅慎、濊貊三大語族先世居住的地方。
西周初，通化為肅慎之南界，宣王時，在“肅慎、燕、毫吾北土”的“北土”境內封韓侯，主領當地濊貊民族。
通化為韓侯領地。
韓侯失國后，被商朝王族箕子建立的“箕子朝鮮”所統治的侯國并入，箕子侯國為周王朝冊封的諸侯國，通化為周的領地。
東周（公元前770—前256年）時，通化為燕國遼東郡屬地，坐落在二道江區“北面是懸崖峭壁，下臨渾江，東為樺樹河渡口，南是樺樹河，西是龍山山脈，面積約5萬平方米的樺樹河口古城遺址”。
據考古專家依據出土文物測定，系戰國至兩漢時期的建筑。
以王八脖子遺址為代表的青銅文化，反映了這一時期通化地域的文化風貌。
秦初，通化屬遼東郡，秦統一中國后，燕人衛滿亡命長白山以西，廣收燕、齊、趙國躲避戰亂的流民，建立“衛氏朝鮮”，通化屬其轄境。
西漢元封三年（前108年），在遼東地區設玄菟郡，統高句麗、上殷臺、西蓋馬三縣。
通化為幽州刺史部玄菟郡上殷臺縣。
今通化市江北治安山城古遺址和通化縣的赤板松古城遺址，皆為這一時期的重要歷史遺存。
建昭二年（前37年），扶余貴族朱蒙（鄒牟）率卒攻占玄菟郡高句麗縣，更國號為高句麗。
初期都城為紇升骨城（今遼寧省本溪市桓仁滿族自治縣五女山城）。
元始三年（3年），遷都國內，筑尉那巖城。
渾江流域是高句麗民族及其早期文化的核心發祥地。
東漢建武八年（32年），高句麗遣使奉獻，要求臣屬玄菟郡，是漢王朝郡國，通化為其控制之地。
中平六年（189年），遼東太守公孫康自立為遼東侯，領遼東、玄菟等五郡。
建安十四年（209年），公孫康擊高句麗，破其城，通化為公孫氏政權控制之地。
三國時期，黃初元年（220年），公孫康臣服于魏，歷三世約50年，通化為其轄地。
景初二年（238年），司馬懿率兵斬公孫淵，通化遂入魏之版圖。
正始五年（244年），因高句麗數次騷亂，叛服無常，幽州刺史母丘儉率步騎軍萬人征討。
大戰于梁口（今通化縣大泉源滿族朝鮮族鄉江口村），母丘儉陷丸都山城，并刻石碑留念。
現石碑存遼寧省博物館，自此通化復魏之管轄。
晉泰始十年（274年），置平州轄遼東、玄菟、帶方諸郡，通化仍屬玄菟郡。
永嘉之亂后，北方先后出現少數民族割據的地方政權，通化曾為前燕、后燕之地域。
坐落柳河縣境內的羅通山城，據考古專家依據出土文物推測，大約于此時期建筑。
東晉之后，高句麗臣屬中原各王朝。
北魏始光四年（425年），高句麗遷都平壤。
此時居住在長白山北部的肅慎族逐漸強大，建立勿吉國。
通化地區北部為勿吉屬地，南部為高句麗屬地。
隋朝，通化隸屬關系不變。
唐貞觀十八年（644年），太宗以討弒逆、拯漢民、復舊疆、防后憂為由，詔諭天下伐高句麗。
總章元年（668年），滅高句麗政權。
唐于遼東故地及高句麗舊壤設安東都護府，通化為河北道安東都護府哥勿州都督府管轄。
光天二年（713年），唐冊封大祚榮為渤海郡王，自此更名為渤海國。
通化屬渤海國西京鴨綠府正州，正州治所即今通化市境內。
契丹天顯元年（926年），契丹滅渤海，更名東丹國，通化屬之。
遼開泰六年（1017年），通化為東京道遼陽府正州所轄。
金時，金太祖滅遼，通化屬金之東京路婆速府管轄。
金天興三年（1234年），蒙古軍陷金，東北全境為之管轄。
通化屬沈陽路。
元中統二年（1261年），于遼東設“總管高麗、女真、漢軍萬戶府”通化屬之。
通化縣大都嶺鎮出土了元朝左衛阿速親軍千戶所印。
至元二十四年（1287年），置遼陽行省，通化屬遼陽行省遼陽路婆娑府。
明永樂七年（1409年），又增設奴爾干都司，下設衛、所，此時女真人不斷南徒，通化為女真人主要集居地區，通化屬奴爾干都司建州衛。
萬歷四十四年（1616年），建州衛都僉事努爾哈赤稱汗，建立金（后金）政權，以赫圖阿拉（今遼寧省撫順市新賓滿族自治縣赫圖阿拉老城）為都，通化地區為清王朝入關前的重要基地。
清順治三年（1646年），清定都北京，在東北前后設置盛京、吉林、黑龍江將軍，統帥官兵分地管轄，鎮守邊陲。
順治十四年（1657年），置奉天府，通化為奉天府管轄。
光緒三年（1877年），通化市設治，始稱“通化”。
光緒二十八年（1902年），析置臨江縣（今吉林省白山市全域）、輯安縣（今吉林省通化市集安市）、柳河縣3縣。
民國二年（1913年），劃歸奉天東邊道。
民國二十年（1931年），為偽通化省省會。
抗日戰爭中，楊靖宇率領率領東北人民革命軍第一軍獨立師來到通化創建抗日根據地。
民國二十六年（1937年），屬通化省。
民國三十一年（1942年），析通化縣通化街置通化市，屬通化省。
民國三十四年（1945年），為偽滿洲國首都。
民國三十七年（1948年），市、縣分治，屬安東省。
1949年，屬遼東省。
1954年，設通化專區，專署駐通化市。
原遼東省所屬通化（駐通化市）、柳河、海龍、輝南（駐朝陽鎮）、靖宇、撫松、長白、臨江、輯安等9縣劃歸通化專區。
1956年，原由省直轄的東豐縣劃歸通化專區。
轄10縣。
1958年，原由省直轄的通化市劃歸通化專署領導。
將東豐縣劃歸四平專區。
撤銷長白縣，設立長白朝鮮族自治縣。
海龍縣遷駐梅河口鎮。
通化專區轄1市、8縣、1自治縣。
1960年，撤銷通化縣，并入通化市；撤銷臨江縣，改設渾江市（駐八道江鎮）。
通化專區轄2市、6縣、1自治縣。
1962年，恢復通化縣（駐通化市）。
通化專區轄2市、7縣、1自治縣。
1965年，輯安縣改名為集安縣（駐集安鎮）。
1970年，通化專區改稱通化地區，地區駐通化市。
轄通化、渾江（駐八道江鎮）2市及通化（駐通化市）、撫松、柳河、海龍（駐梅河口鎮）、輝南（駐朝陽鎮）、集安、靖宇等7縣和長白朝鮮族自治縣。
1971年，通化縣遷駐快大茂鎮。
通化地區轄2市、7縣、1自治縣。
1985年，撤銷通化地區，實行市管縣體制。
通化市升格為地級市，并將通化地區的通化、集安2縣劃歸通化市管轄。
渾江市升格為地級市，并將通化地區的撫松、靖宇2縣和長白朝鮮族自治縣劃歸渾江市管轄。
撤銷海龍縣，設立梅河口市（地級），以原海龍縣的行政區域為梅河口市的行政區域，并將通化地區的輝南、柳河2縣劃歸梅河口市管轄。
1985年，梅河口市改為縣級市，將輝南、柳河2縣劃歸通化市管轄。
2023年11月1日，通化市人民政府與中國聯通吉林省分公司簽署戰略合作協議。