สมัยอยุธยา

เมืองชลบุรีปรากฏเป็นหลักฐานในทำเนียบศักดินาหัวเมือง ตราเมื่อมหาศักราช 1298 ตรงกับ พ.ศ. 1919 ชลบุรีมีฐานะเป็นเมืองจัตวา ผู้รักษาเมืองเป็นที่ "ออกเมืองชลบุรีศรีมหาสมุทร" ศักดินา 2,400 ไร่ ส่งส่วยไม้แดง

ในปี พ.ศ. 2309 รัชสมัยสมเด็จพระที่นั่งสุริยาสน์อมรินทร์ (พระเจ้าเอกทัศ) ขณะที่กรุงศรีอยุธยาถูกกองทัพพม่าล้อมอยู่นั้น กรมหมื่นเทพพิพิธซึ่งเป็นพระเจ้าลูกยาเธอองค์หนึ่งในสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวบรมโกศ แต่ถูกเนรเทศไปลังกา ได้กลับมาเกลี้ยกล่อมรวบรวมชายฉกรรจ์ทางหัวเมืองภาคตะวันออก ได้แก่ เมืองจันทบูร เมืองระยอง เมืองบางละมุง เมืองชลบุรี และเมืองปราจีนบุรี เข้าร่วมกองทัพอ้างว่าจะยกไปช่วยกรุงศรีอยุธยารบพม่า ในครั้งนั้นชาวชลบุรีได้ให้การสนับสนุนเข้าร่วมในกองทัพเป็นจำนวนมาก จนกระทั่งเมืองชลบุรีแทบจะกลายเป็นเมืองร้าง เมื่อกรมหมื่นเทพพิพิธยกไพร่พลไปตั้งมั่นที่ปราจีนบุรีแล้ว จึงมีหนังสือกราบบังคมทูลพระเจ้าอยู่หัวเอกทัศน์ ขออาสาช่วยป้องกันพระนคร แต่พระเจ้าอยู่หัวเอกทัศน์ทรงพระราชดำริว่า กรมหมื่นเทพพิพิธเป็นคนมักใหญ่ใฝ่สูงจนถูกเนรเทศมาแล้วครั้งหนึ่ง การที่มาเรียกระดมผู้คนเข้าเป็นกองทัพโดยพลการครั้งนี้ก็เป็นการทำผิดกฎมณเทียรบาล จึงโปรดเกล้าฯ ให้ยกกองทัพจากกรุงศรีอยุธยาไปปราบกรมหมื่นเทพพิพิธจนบอบช้ำ จากนั้นพม่ายังได้ส่งกองทัพออกไปโจมตีกองทัพกรมหมื่นเทพพิพิธจนแตกกระจายไปอีก จนกระทั่งกรุงศรีอยุธยาเสียแก่พม่าข้าศึก เมื่อ พ.ศ. 2310 ชาวชลบุรีได้ให้ความร่วมมือกับสมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราช ในการกอบกู้อิสรภาพอย่างใกล้ชิด จนสามารถกอบกู้เอกราชกลับคืนมา

สมัยรัตนโกสินทร์

ตั้งแต่สมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 4) เป็นต้นมา พระมหากษัตริย์และพระบรมวงศานุวงศ์ได้เสด็จประพาสเมืองชลบุรีหลายครั้งหลายหน เพราะเมืองชลบุรีเป็นเมืองชายทะเล เหมาะแก่การพักผ่อน มีทัศนียภาพงดงามและไม่ไกลจากกรุงเทพมหานครมากนัก

เมื่อปี พ.ศ. 2350 พระสุนทรโวหาร หรือสุนทรภู่ รัตนกวีของไทย ได้เดินทางจากกรุงเทพมหานคร เพื่อไปเยี่ยมบิดาที่เมืองแกลง จังหวัดระยอง ได้เขียนไว้ในนิราศเมืองแกลง กล่าวถึงเมืองต่าง ๆ เมื่อเข้าถึงเขตชลบุรีแล้วไปตามลำดับจากเหนือไปใต้ คือ บางปลาสร้อย หนองมน บ้านไร่ บางพระ บางละมุง นาเกลือ พัทยา นาจอมเทียน ห้วยขวาง หนองชะแง้ว (ปัจจุบันเรียกบ้านชากแง้ว อยู่ในเขตอำเภอบางละมุง ซึ่งเป็นทางที่จะไปอำเภอแกลง จังหวัดระยองได้)

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 5) ปี พ.ศ. 2437 ได้ทรงเปลี่ยนแปลงระบบการปกครองราชอาณาจักรที่เป็นหัวเมืองต่าง ๆ แบบโบราณ ที่แยกกันอยู่ในบังคับบัญชาของกระทรวงมหาดไทย กระทรวงกลาโหม และกรมท่า ดูไม่เป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน ยากแก่การปกครองดูแลให้ทั่งถึงและเสมอเหมือนกันได้ โดยให้หัวเมืองต่าง ๆ ทั่วราชอาณาจักรขึ้นอยู่กับกระทรวงมหาดไทยเพียงกระทรวงเดียวหรือหน่วยงานเดียว คือ การรวบรวมหัวเมืองทั้งหลายขึ้นเป็นมณฑลนั้น สมเด็จฯ กรมพระยาดำรงราชานุภาพ องค์ปฐมเสนาบดีกระทรวงมหาดไทย (พ.ศ. 2435–2458) ได้ทรงนิพนธ์ไว้ใน "พำระบันทึกความทรงจำ" ซึ่งมีตอนที่กล่าวถึงเมืองชลบุรีไว้ว่า รวมหัวเมืองทางลำน้ำบางปะกง คือ เมืองปราจีนบุรี 1 เมืองนครนายก 1 เมืองพนมสารคาม 1 เมืองฉะเชิงเทรา 1 รวม 4 หัวเมือง เป็นเมืองมณฑล 1 เรียกว่า "มณฑลปราจีน" ตั้งที่ว่าการมณฑล ณ เมืองปราจีน (ต่อเมื่อโอนหัวเมืองในกรมท่ามาขึ้นกระทรวงมหาดไทย จึงย้ายที่ทำการมณฑลลงมาตั้งที่เมืองฉะเชิงเทรา เพราะขยายอาณาเขตมณฑลต่อลงไปทางชายทะเล รวมเมืองพนัสนิคม เมืองชลบุรี และเมืองบางละมุง เพิ่มให้อีก 3 รวมเป็น 7 เมืองด้วยกัน) แต่คงเรียกชื่อว่ามณฑลปราจีนอยู่ตามเดิม ตั้งแต่ พ.ศ. 2475 ถึงปัจจุบัน มีการเปลี่ยนแปลงในรูปการปกครองประเทศครั้งใหญ่ โดยพระราชบัญญัติระเบียบราชการบริหารแห่งราชอาณาจักรสยาม พ.ศ. 2476 ได้ยกเลิกเขตการปกครองแบบเมือง ทั่วราชอาณาจักรแล้วตั้งขึ้นเป็นจังหวัดแทน มีข้าหลวงประจำจังหวัดเป็นผู้ปกครองบังคับบัญชา สถานะเมืองชลบุรีจึงเป็นจังหวัดชลบุรี (แต่เปลี่ยนข้าหลวงประจำจังหวัดเป็นผู้ว่าราชการจังหวัด)

ต่อมาเทศบาลเมืองชลบุรีจึงได้ถูกจัดตั้งขึ้น เมื่อวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2478 ประกาศในราชกิจจานุเบกษา จัดตั้งขึ้นโดยยกฐานะจากสุขาภิบาลเมืองชลบุรีเป็นเทศบาลเมืองชลบุรี มีพื้นที่ 0.56 ตารางกิโลเมตร ต่อมาได้มีการเปลี่ยนแปลงขยายเขตเทศบาลครั้งที่ 1 เมื่อวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2480 ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่มที่ 45 หน้า 1760 มีพื้นที่เพิ่มจากเดิมอีก 4.01 ตารางกิโลเมตร ปัจจุบันมีพื้นที่รวม 4.57 ตารางกิโลเมตร โดยในจำนวนนี้เป็นพื้นที่บนบกประมาณ 3.5 ตารางกิโลเมตร ที่เหลืออีกประมาณ 1.07 ตารางกิโลเมตรเป็นพื้นที่น้ำ