ในเมืองพนัสนิคม พบโบราณสถานเมืองเก่าสมัยทวารวดี มีอายุราว 1,500 ปี อยู่ในตำบลหน้าพระธาตุ ชาวบ้านมักเรียกพนัสนิคมว่าเมือเก่า ต่อมาเรียกสมัยหลังว่าเมืองพระรถ (ชื่อสมมุติจากรถเสนชาดกในปัญญาสชาดก เป็นที่แพร่หลายในชาวลาว) อายุอยู่ในราวหลัง พ.ศ. 1000 เมืองโบราณยุคทวารวดีที่พนัสนิคมนี้ได้ลดความสำคัญลงและในที่สุดรกร้างไปราวหลัง พ.ศ. 1500 เพราะเส้นทางคมนาคมเปลี่ยนไป แล้วมีบ้านเมืองแห่งใหม่ใกล้ทะเลเติบโตมีความสำคัญแทนที่

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระบรมราชโองการสถาปนาเมืองพนัสนิคมขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2371 เป็นเมืองชั้นจัตวา สังกัดกรมท่า

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงปฏิรูปการปกครองส่วนภูมิภาค จัดระเบียบการปกครองสิ่งใหม่เป็นมณฑล เมือง อำเภอ ตำบล และหมู่บ้าน จึงโปรดเกล้าให้เมืองพนัสนิคมเป็นอำเภอหนึ่งของเมืองชลบุรี มณฑลปราจีน เมื่อปี พ.ศ. 2447

เทศบาลเมืองพนัสนิคมถูกจัดตั้งขึ้นตามพระราชกฤษฎีกาจัดตั้งเทศบาลเมืองพนัสนิคม จังหวัดชลบุรี 14 มีนาคม พ.ศ. 2480 ในรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล