Во второй половине XVI века Среднее Поволжье также было одним из центров вольного русского казачества. Через системы рек и волоков можно было попасть на соседние Дон и Яик. Проплывающие по Волге торговые караваны, а также города Казанского ханства на Волге и персидские на Каспийском море представляли собой богатую поживу. Одно из самых ранних упоминаний о казаках в этих краях датируется 1551 года, когда поступило сообщение об их нападении на караван русского посольства напротив устья Большого Иргиза. В 1560 году в летописях Российского государства впервые упоминается о «волгских воровских» казаках, вероятнее всего — потомках ушкуйников-хлыновцев. Волжские казаки были многочисленны и настолько прочно «сидели» в Жигулевских горах, что практически ни один караван не проходил мимо без выкупа или не был разграблен. Интенсивность действий казачества на Средней Волге достигла своего пика в 1570-80 годов. Попытки московских властей привлечь Волжскую вольницу к охране перевозов на Волге, к службе в качестве проводников и разведчиков и для отражения набегов кочевников на русские украины в оплату за боевые припасы, снаряжение и продовольствие не увенчались успехом. В 1577 году часть волжских казаков под началом атаманов Нечая и Богдана Барбоши ушла к устью Яика (Урала), на северный берег Каспийского моря. В 1580 году они разгромили столицу Ногайской Орды Сарайчик и, построив выше по течению Яика укреплённый городок, основали новое Яицкое (впоследствии Уральское) казачье войско. Другая часть волжских казаков, ушедшая на Терек и на «гребни» Кавказских гор стала основой образования Терского и Гребенского казачеств. Уход части казаков не ослабил сколько-нибудь серьёзно вольное Волжское казачество, только в ставке атамана Ермака (современное село Ермаково в Жигулевских горах Самарской области) было свыше 7 000 казаков. В 1582 году волжские казаки в составе войска Ермака участвовали в покорении Сибири.
В 1586 году воеводой князем Григорием Засекиным в устье реки Самара была построена одноимённая крепость для обороны от набегов кочевников, контроля за водным путём и торговлей, а также и за волжской казачьей вольницей. Начиная с 1630 года практически все Волжское казачество включается в борьбу с прикочевавшей из глубины Азии Большой Калмыцкой Ордой. В 1639 году десятитысячное войско калмыков попыталось штурмом овладеть Самарой, но было отбито казаками и стрельцами. В 1643 и в 1644 годах казаки выходили биться с калмыками к Яицким вершинам, нанеся им ряд тяжёлых поражений. В благодарность за это 26 августа 1643 года царь Михаил Федорович пожаловал Самарским казакам набатный колокол весом 14 пудов. В 1637-43 годы, во время «Азовского сидения», волжские казаки неоднократно посылали помощь донским и запорожским. В 1650-70 годы волжские казаки неоднократно привлекались к службе на Кавказе в крепостях по Тереку и Сунже и мешали чеченцам, Кабарде, кубанским татарам, персам, черкесам и туркам совершать опустошительные набеги на русские земли. В 1695-96 годы волжские казаки участвовали в Азовских походах Петра, воевали с турками и горцами на Кавказе, в 1700-21 годах сражались со шведами в Ингрии и Карелии, в Лифляндии и на Украине, участвуя в Великой Северной войне, а в 1708 году — в обороне Терков на Кавказе от набегов чеченцев. В 1706 году близ устья реки Самары с участием казаков основан укреплённый городок Алексеевск. В 1708 году ими же на реке Сок в урочище Казачий Холм заложено укрепление Сергиевское. Во времена восстания башкир отряды казаков неоднократно направлялись для их усмирения. В 1722 году волжские казаки участвовали в Персидском походе Петра I.
Ещё при Петре I в 1708 году была проведена подушная перепись волжских казаков. А 10 марта 1732 года распоряжением правительствующего Сената было повелено волжским казакам составить одно войско и впредь именоваться Волгским, при этом им были пожалованы знамена, бунчуки и насека. 8 октября 1733 года, также распоряжением Сената, в Волгское войско было передано 1057 семей донских казаков, живших в крепостях на Уфимско-Самарской линии.
В 1734 году императрицей Анной Иоанновной был подписан Указ об учреждении Волгского казачьего войска с командами казаков дубовских, самарских, саратовских, царицынских, алексеевских, уфимских и сергиевских и становлении его на государственную службу. Центром войска было определено село Дубовка (ныне районный центр Волгоградской области), где жил атаман и помещалась войсковая канцелярия.
Во время Пугачёвского восстания часть волгских казаков примкнула к мятежникам, за что и была выслана из родных мест.
В 1835 году император Николай I издал Указ о расформировании Волгского казачьего войска и переводе его казаков в состав Оренбургского, Терского и Астраханского казачьих войск. Самарские и уфимские казаки вошли в состав Оренбургского войска, саратовские, дубовские и царицынские казаки — в состав Астраханского войска.