Город Верхотурье был основан благодаря прокладке новой дороги из Руси в Сибирь. До того времени три дороги вели через Урал в Сибирь. Самая северная вела на реку Собь, другая на притоки Сосьвы. Они лежали далеко на севере и использовались главным образом купцами и промышленниками. Третья дорога шла на реку Лозьву, где построен был Лозьвинский городок. От него начинался Лозьвинский путь – из Лозьвы в Тавду, затем по Тоболу в Иртыш к Тобольску. Правительство для сношений с Сибирью использовало только эту дорогу. Но этот путь был слишком длинен и долог. Власти стали искать более короткий путь в Сибирь.
Искомый маршрут открыл посадский человек из Соли Камской Артемий Бабинов, в честь которого дорога получила название Бабиновской. Эта дорога проходила «сухим путём» из Соли Камской на реку Туру. От Соли Камской дорога шла через верховья Яйвы и других речек на реку Косьву, затем её северным берегом на реку Павду, впадающую в реку Лялю и по её левому берегу. Затем дорога пересекала Лялю и шла к речке Мостовой, далее поворачивала к устью речки Калачик, впадавшей в реку Тура. Протяжённость дороги составила немногим более 260 вёрст, что было намного короче Вишеро-Лозьвинского пути. Строительство дороги началось в 1595 году и велось на протяжении двух лет. По царскому указу под начало Бабинова было назначено 40 крестьян, которые расчищали путь и строили мосты через многочисленные речки и овраги. Всего было построено 37 мостов различной длины.
В конечном пункте Бабиновской дороги, там где она упиралась в Туру, в 1598 году был построен новый город. Он был поставлен на месте старого вогульского городища Неромкар и получил название Верхотурья. Место представляло собой крутой утёс на северном берегу Туры, который со стороны реки был совершенно неприступен. Во главе строителей города были воеводы Василий Головин и Иван Воейков. Острог и все необходимые строения – церковь, воеводский двор, съезжая изба, дворы служилых людей и проч., были возведены в тот же год. Первоначально острог был невелик пространством и очень тесен. В связи с открытием нового пути, Лозьвинский городок был ликвидирован, а его служилые люди пополнили гарнизон Верхотурья.
Город сразу стал обрастать посадом, на котором селились ремесленники и торговцы. В 1600 году в Верхотурье была учреждена таможня, а «государева дорога» стала единственным официально разрешенным путем для провоза товаров с Руси в Сибирь и обратно. В начале XVII века по Бабиновской дороге была организована ямская гоньба, одна из ямских слобод располагалась возле Верхотурья. В 1604 году в Верхотурье был основан первый монастырь за Уральским хребтом – Верхотурский Свято-Никольский монастырь.
Через Верхотурье шёл в Сибирь основной поток переселенцев. Положение на главной сибирской дороге способствовало притоку разного рода людей. Правительство переселяло в новый город организованным порядком служилых людей, ямщиков, плотников, крестьян. Ещё больше приходило сюда вольных «гулящих» людей. Из их числа правительство то и дело производило здесь набор «охочих людей» на службу и поселение в дальние сибирские городы. Так, в 1604 году велено было верхотурскому воеводе набрать 50 человек на службу в Сургут, а в следующем году столько же в Томск.
Верхотурье оказалось довольно спокойным местом для жизни. Никто не угрожал верхотурскому острогу. Верхотурский уезд в это время становится главным центром русской земледельческой колонизации за Уралом. Москва всячески поощряла развитие земледелия в Сибири, ибо подвоз хлеба с Руси обходился дорого. Пашни на удобных местах заводили правительство, монастыри, служилые, посадские, торговые люди, ямщики и крестьяне. Правительство охотно жаловало местным жителям свободные земли, где они ставили дворы и пользовались разными угодьями. Так как под самым городом удобной земли было мало, пашни и дворы верхотурских жителей располагались до ста вёрст от города и более. Сами они жили там редко, а селили на хозяйстве своих родственников или половников из гулящих людей. Такие деревни были совсем невелики. Чаще всего они представляли собою однодворные хутора, иногда в них было 2-3 двора и редко более.
Развитие земледелия в Верхотурском уезде принесло весомые плоды. В 17 веке он становится сибирской житницей. Рожь и овёс давали урожаи в среднем сам-10, то есть в несколько раз больше, чем в русском нечерноземье. Верхотурский уезд не только полностью покрывал собственные потребности, но и отправлял большое количество зерна в другие сибирские города.
Кроме земледелия в городе большое развитие получила торговля, что и понятно, ведь город стоял на главной торговой дороге из Руси в Сибирь. В 1698—1714 годах в Верхотурье был построен каменный кремль. Военного значения он не имел, на город никто не нападал. Кремль представлял собой лишь укреплённый комплекс административных зданий с Троицким собором.
В середине 18 века с закрытием таможни и Верхотурского тракта начался упадок города. Новые транспортные пути – Сибирский тракт, а позднее и железная дорога прошли мимо города, гораздо южнее. Верхотурье превращается в захолустный уездный городок, сохранивший своё значение лишь в качестве духовного центра, благодаря своим старинным храмам и монастырям.