เทศบาลเมืองบึงกาฬเดิมมีฐานะเป็น สุขาภิบาลบึงกาฬ[2] ได้รับการจัดตั้งตามประกาศกระทรวงมหาดไทยลงวันที่ 24 กันยายน พ.ศ. 2499 ครอบคลุมพื้นที่บางส่วนของตำบลบึงกาฬ อำเภอบึงกาฬ จังหวัดหนองคาย ในปี พ.ศ. 2531 ทางราชการได้แยกท้องที่ตำบลบึงกาฬจัดตั้งเป็นตำบลวิศิษฐ์[3] ทำให้พื้นที่สุขาภิบาลบึงกาฬครอบคลุมถึงบางส่วนของตำบลวิศิษฐ์ด้วย

ต่อมาสุขาภิบาลบึงกาฬได้เปลี่ยนแปลงฐานะเป็น เทศบาลตำบลบึงกาฬ ตามประกาศกระทรวงมหาดไทยลงวันที่ 24 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2542 โดยมีผลตั้งแต่วันที่ 25 พฤษภาคม ปีเดียวกัน[4]

ในวันที่ 23 มีนาคม พ.ศ. 2554 ได้มีการจัดตั้งจังหวัดบึงกาฬขึ้น โดยแยกท้องที่อำเภอบึงกาฬ อำเภอเซกา อำเภอโซ่พิสัย อำเภอบุ่งคล้า อำเภอบึงโขงหลง อำเภอปากคาด อำเภอพรเจริญ และอำเภอศรีวิไล ออกจากการปกครองของจังหวัดหนองคาย[5] และเปลี่ยนชื่ออำเภอบึงกาฬให้เป็นอำเภอเมืองบึงกาฬ ทำให้เทศบาลตำบลบึงกาฬย้ายมาอยู่ในเขตจังหวัดบึงกาฬ

ในวันที่ 25 มีนาคม พ.ศ. 2563 กระทรวงมหาดไทยออกประกาศยุบเลิกเทศบาลตำบลวิศิษฐ์และองค์การบริหารส่วนตำบลบึงกาฬ รวมเข้ากับเทศบาลตำบลบึงกาฬ และเปลี่ยนแปลงฐานะเทศบาลตำบลบึงกาฬเป็น เทศบาลเมืองบึงกาฬ[6] โดยให้มีผลตั้งแต่วันที่ 5 สิงหาคม ปีเดียวกัน มีพื้นที่ทั้งหมด 95.19 ตารางกิโลเมตร ประกอบด้วยพื้นที่ของเทศบาลตำบลวิศิษฐ์เดิม 68.33 ตารางกิโลเมตร พื้นที่ขององค์การบริหารส่วนตำบลบึงกาฬเดิม 25.68 ตารางกิโลเมตร และพื้นที่ของเทศบาลตำบลบึงกาฬเดิม 1.18 ตารางกิโลเมตร เป็นเทศบาลเมืองที่มีพื้นที่มากที่สุดในภาคตะวันออกเฉียงเหนือในขณะนี้