Orașul a fost fondat în 1656. Regiunea a fost locuită pentru prima dată în urmă cu aproximativ 10.000 de ani (Epipaleoliticul). Un craniu și alte urme au fost găsite în peșterile din apropiere.
La mijlocul secolului al XIV-lea, regiunea a fost colonizată din sudul Val-de-Ruz. La Chaux-de-Fonds este menționată pentru prima dată în 1350 sub numele de la Chaz de Fonz. În 1378 este menționată ca Chault de Font.
Regiunea se afla sub autoritatea lorzilor din Valangin. În secolele al XV-lea și al XVI-lea, un al doilea val de colonizare a venit dinspre așa-numitul Clos de la Franchise (văile Le Locle și La Sagne). Agricultura a fost principala activitate, dar satul a rămas mic. În 1531 locuiau acolo doar 35 de persoane. Prima biserică a fost construită în 1528. Până în 1530, La Chaux-de-Fonds, ca și restul ținuturilor din Valangin, s-a convertit la noua credință reformată. Domnul de Valanginian, René de Challant, a stabilit limitele parohiei în 1550. Biserica și parohia au oferit o structură politică, iar în jurul bisericii a crescut o mică comunitate de cetățeni din Valanginian, fermieri liberi și țărani. Până în 1615, în sat trăiau 355 de persoane. În 1616, jurisdicția joasă și medie asupra La Chaux-de-Fonds s-a mutat la Le Locle și La Sagne, în timp ce instanța superioară a rămas în Valanginian. Agricultura, completată de morile de pe malurile Doubs, a continuat să domine. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului al XVI-lea, orașul a devenit o importantă răscruce de drumuri între Neuchâtel, Franche-Comté și Episcopia de Basel.
Comunitatea a crescut în timpul Războiului de Treizeci de Ani, în special datorită poziției sale strategice pentru comerț. Activitatea economică s-a accelerat în secolul al XVIII-lea, odată cu dezvoltarea industriilor de dantelă și de ceasornicărie din oraș. Pierre Jacquet-Droz, cunoscut mai ales pentru automatele sale, a fost un ceasornicar deosebit de proeminent în această epocă.
În 1794, orașul a fost devastat de un incendiu. Charles-Henri Junod a creat noul plan al orașului în 1835, iar orașul este acum cunoscut pentru planul său "modern", de tip grilă, în comparație cu străzile sinuoase ale majorității orașelor europene. Bulevardul central se numește Avenue Léopold Robert.
