Петергоф был основан в 1710 году как императорская загородная резиденция, а в 1762 году получил статус города.
До начала XVIII века на месте Петергофа на берегу Финского залива находились финские деревни Куусоя и Похьяёки, к югу от них, на Поповой горе (ныне Бабигонские высоты), — деревня Папингондо.
В 1710-е годы здесь начались активные ландшафтные и архитектурные работы по строительству усадьбы Петра I. В 1714 году были заложены Большой Петергофский дворец, Большой грот с каскадами, Монплезир и другие сооружения Нижнего парка.
Изначально поселение при Дворце застраивалось хаотично, а составлявшие большинство жителей поселения государственные крестьяне вообще жили в землянках. В 1730-х годах благодаря архитектору М. Г. Земцову Петергоф впервые получил чёткую планировку.
С 1762 года Петергоф — город в ведении Дворцового ведомства.
В конце XVIII века в городе числилось 57 обывательских домов, а в 1801 году вдоль Правленской улицы сложился ансамбль первых каменных зданий. Кроме служащих в ней стали селиться свободные люди, «обыватели».
В конце XVIII века по проектам архитектора Джакомо Кваренги и садового мастера Джемса Медерса был создан пейзажный Английский парк, в парке построен Английский дворец.
В годы Первой мировой войны в Петергофе дислоцировались первая, вторая и третья школы прапорщиков.
До 1917 года Петергоф был одной из главных летних императорских резиденций, которую населяли в основном дворцовые служители, офицеры и солдаты лейб-гвардейских полков.
В 1918 году бывшие императорские дворцы Петергофа превращены в музеи. 18 мая 1918 года по залам Большого дворца прошла первая экскурсия рабочих. За первое лето работы музея его посетило более двух тысяч трудящихся.
С 23 сентября 1941 года по 19 января 1944 года город оккупирован германскими войсками. 5 октября 1941 года в Петергофе был высажен Петергофский десант (морской).
В результате военных действий город был почти полностью разрушен или сожжён. Наиболее сильно пострадал ансамбль Нижнего парка. Около 30 тысяч предметов живописи, декоративно-прикладного искусства и скульптуры из дворцовых коллекций было уничтожено или разграблено; фонтаны и водоводная система выведены из строя; 10 тысяч деревьев — более одной трети зелёного массива — вырублены.
В 1944 году Петергоф был переименован в Петродворец, так как немецкое название тяжело воспринималось на фоне разрушений, оставленных немецкой армией.
Масштаб разрушений в Великую Отечественную войну был столь велик, что не все объекты удалось восстановить. В 1944 году началось восстановление и новое строительство города.
В 1960—1970-е годы началось массовое жилищное строительство в городе. Выросли новые кварталы с пяти-десятиэтажными домами, школами, торговыми центрами.
В мае 2009 года приказом Комитета по земельным ресурсам и землеустройству Санкт-Петербурга в адресном классификаторе название «Петродворец» было заменено на «Петергоф».