Urbani dio današnje Zenice formirao se kroz nekoliko specifičnih faza koje hronološki zahvataju vrijeme neolitske zajednice, ilirske gradine, rimskog municipija Bistua Nuova, najznačajnijeg nalaza (II-IV vijek) u kojem dominira monumentalna anokršćanska dvostruka bazilika, pored koje je u Evropi identifikovana samo još jedna. Na Bilimišću su pronađeni tragovi antičkog naselja. U Putovićima i Tišini, gdje dominira villa rustica, terma, hram kao i niz drugih pratećih objekata.
Historija o srednjovjekovnoj Zenici 13. i 14. vijeka vrlo je nedostatna. Postoji tek jedna mala vijest iz 1244. godine vezana za povelju hrvatsko-ugarskog kralja Bele IV. Prema do sada proučenim dokumentima, sadašnje ime grada prvi put se spominje 20. marta 1436. godine, a kasnije se Zenica spominje u seriji dokumenata vezanih za Dubrovačku Republiku.
Padom Bosne 1463. godine pod osmansku upravu, Zenica gubi značaj jer je ostala izvan glavnih komunikacija, mada je prema jednom podatku s kraja XVII stoljeća tada imala oko 330 kuća, što ju je stavljalo u red bosanskih gradova srednje veličine. Osmanlije u Zenici formiraju nahiju Brod, a kasnije i Vrandučku kapetaniju, podižu se vjerski i privredni objekti, pa je u XVII stoljeću Zenica potpuno formirana kasaba.
Međutim, 1697. godine u pohodu habsburškog princa Eugena Savojskog Zenica je potpuno spaljena (po predanju preživjele su samo tri kuće), veliki broj uglednih Zeničana je ubijen, a katoličko stanovništvo Zenice je napustilo grad zajedno sa princom. Od ovog udarca Zenica će se dugo oporavljati. U XVIII stoljeću u Zenicu se počinju doseljavati i Hrvati iz Dalmacije, ali i Jevreji – sefardi.
U vrijeme vladavine Austrougarske, grade se kapitalni objekti šireg drustveno-ekonomskog značaja, koji će biti život ali i sudbina Zenice. To su željeznička pruga od Bosanskog Broda do Zenice (1879.), Rudnik uglja (1880.), Fabrika papira (1885.), Željezara (1892.), Kazneni zavod (1886.), što će pored ostalog izazvati niz promjena i kvalitetnih i kvantitenih pomaka u razvoju grada.
Stvaranjem socijalističke Jugoslavije počinje jedan zaista buran period u historiji Zenice, tokom kojeg će Zenica značajno uvećati svoju površinu, broj stanovnika, urbanu fizionomiju grada, steći uslove za veliki kulturni, prosvjetni, sportski i društveni razvoj.
Zenica je po popisu iz 1948. imala 15,550 stanovnika (srez 35,390), a 1991. opština Zenica je imala 145,577 stanovnika.
Željezara Zenica je i dalje bila glavni simbol grada, a u ovom periodu usljed brojnih proširenja postala je i jedna od najvećih u Evropi. I ostala preduzeća su napredovala a otvarana su i brojna druga, od kojih su neka imala veliki ugled i van Jugoslavije.
Privredni uspjeh je doveo i do ogromnog porasta broja stanovnika, što je zahtijevalo nova ulaganja u gradsku infrastrukturu, izgradnju velikih stambenih blokova, proširenje i unapređenje komunalnog sistema, razvoj saobračaja itd., što je pogodovalo stvaranju slike Zenice kao sivog radničkog grada.
U teškim vremenima za Bosnu i Hercegovinu, kakvi su bili od 1992. do 1995. u vrijeme agresije, veliki dio Zenice je oštećen ili u potpunosti srušen.
Poslije rata Zenica napreduje i postepeno se rješava etikete sivog, radničkog grada.