Новочеркасск был основан 18 (30 мая) 1805 как столица донского казачества, основателем города был атаман Матвей Платов. До этого столица располагалась в Черкасске (ныне станица Старочеркасская).
Необходимость переноса столицы вызывалась многими экономическими, социально-политическими и даже экологическими причинами.
Одной из них являлось практически ежегодное длительное затопление Черкасска водами разливающегося весной Дона. В качестве защиты от наводнений была предпринята попытка возвести по проекту Антония Людвига де Романо защитный земляной вал, но строительство его завершилось вследствие дороговизны и ненадёжности. Другой причиной стали частые пожары в прежней казачьей столице, построенной хаотично, без генерального плана, в огне которых выгорало до половины скучено выстроенных деревянных строений. Кроме того, к Черкасску отсутствовали надёжные сухопутные подъездные пути.
Несмотря на то, что 10 из 11 представителей станиц, входивших в состав Черкасского городка, на Казачьем круге отказались переносить столицу, Платов всё же сделал представление императору с просьбой разрешить перенести Черкасск в другое место. Разрешение было дано в высочайшем указе Александра I от 23 августа 1804 года.
Вскоре на Дон прибыл имевший богатый опыт градостроительства инженер генерал-лейтенант Ф. П. Деволан с поручением царя: вместе с Платовым выбрать место для будущей столицы Земли Войска Донского и составить план нового города. Комиссия из 12 человек осмотрела ряд мест: аксайские и черкасские горы, районы станиц Заплавской, Манычской и др. Её внимание привлекло урочище Бирючий Кут («волчье логово») — возвышенность, опоясываемая речками Тузловом и рукавом Дона Аксаем, выгодно господствовавшая над окружающей степью, что было немаловажно для обороны в случае нападения противника. Это место было решено рекомендовать царю.
7 ноября 1804 года Деволан и Платов представили императору на рассмотрение план будущего города и обширный доклад, в котором явно приукрашивались достоинства выбранной для строительства местности. Город был спроектирован в лучших традициях европейских образцов градостроительства, с просторными площадями, широкими проспектами и утопающими в зелени бульварами. Деволан, назвав будущий Новочеркасск «маленьким Парижем», положил в логическую основу города площади, на каждой из которых должна была стоять церковь, а от каждой из площадей радиально отходить улицы. 31 декабря 1804 года, рассмотрев план и доклад Платова и Деволана, Александр I собственноручно начертал: «Быть по сему. Александр.».
18 (30 мая) 1805 года в день великого православного праздника Вознесения Господня состоялось историческое торжество закладки новой столицы Дона и войскового храма. По приказу Платова представители более 30 станиц со знамёнами и войсковыми регалиями были вызваны для участия в церемонии. В целях сохранения свидетельств об этом событии, из каждой станицы присутствовало по три подростка. Плугами были проложены борозды, отмечавшие первые проспекты, улицы и переулки. Состоялась закладка собора, затем — гостиного двора, Войсковой канцелярии и гимназии. В специально сооружённом склепе под собором замуровали «сребропозлащенную доску» с позолоченным гербом Войска Донского, а также золотые и серебряные монеты чеканки 1805 года.
Текст на пластине гласил: «Город войска Донского имянуемый Новый Черкасск, основан в царствование Государя Императора и самодержца Всероссийского Александра Первого, лета от Рождества Христова 1805 мая 18 дня, который до сего дня существовал 235 лет при береге Дона на острове от сего места прямо на юг разстоянием в 20 верстах под названием Черкасска».
Празднично устроенный переезд в Новый Черкасск состоялся 9 мая 1806 года. Пушечным салютом провожал Старый Черкасск торжественную процессию в новую столицу. Новый Черкасск встретил первых переселенцев во главе с Войсковым Атаманом М. И. Платовым 101 пушечным выстрелом. Состоялся исторический акт преемственной передачи боевых, культурных, нравственных и иных традиций Донского казачества от жителей прежней столицы новой.
Строительство города шло медленно, прежде всего из-за нежелания казаков покидать обжитые места, да к тому же новая столица находилась в 20 км от Дона, с которым казаки были тесно связаны на протяжении всей своей истории, из-за этого были даже планы углубить Аксай (рукав Дона), на берегу которой располагался новый город, фактически предполагалось пустить Дон по другому руслу, но из-за недостатка средств этот план не был осуществлён, и более трёх десятилетий вопрос о месте столицы Земли Войска Донского оставался нерешённым. В 1837 году уже казалось, что восторжествовал проект переноса столицы в станицу Аксайскую, которая также находилась на возвышенности, но примыкала к Дону. Однако в 1837 году император Николай I лично осмотрел Новочеркасск и станицу Аксайскую и после возвращения в Санкт-Петербург повелел сохранить столицу на прежнем месте, из-за трудностей и бесполезности её переноса.
В первой половине XIX века город строился только как войсковой центр, здесь располагались административные здания, гостиные дворы, трактиры, винные погреба, гостиницы, дома генералов и дворян, городские сады и так далее, только в 1850-х годах в Новочеркасске появились промышленные предприятия, однако на всех этих производствах работало менее 1000 человек при почти 20-тысячном населении Новочеркасска.
Накануне революции в Новочеркасске проживало около 60 тысяч человек. Около половины (более 25 тысяч человек) составляло служивое казачество с семьями. Дворяне — около 3 тысяч человек, лица духовного звания — более 500 человек. Купцов и крестьян практически не было.
В годы Гражданской войны Новочеркасск стал одним из центров белого движения и местом укрытия для всех кто не хотел смириться с захватом власти большевиками. За это время население города выросло почти в два раза и составило более 100 тысяч человек. Казаки под руководством атамана Каледина предпочли занять нейтралитет, обособившись от Советской власти созданием независимой Донской области с центром в Новочеркасске. Однако под руководством Лавра Корнилова и генерала Михаила Алексеева в Новочеркасске была сформирована Добровольческая армия. На протяжении всей войны Новочеркасск несколько раз переходил то к большевикам, то к белогвардейцам.
8 января 1920 года Новочеркасск окончательно перешёл в руки к большевикам, потеряв статус столицы Донского казачества.
Летом—осенью 1941 года, из-за стремительного наступления немцев, были эвакуированы большинство предприятий и заморожены стройки новых объектов (например, городского трамвая), однако осенью 1941 года немецкие войска неожиданно отступили, и только лишь 25 июля 1942 город был вновь занят немцами. Новочеркасск стал центром формирования Казачьего Стана — военного формирования на стороне Вермахта. Новочеркасск был отвоёван советкими войсками 13 февраля 1943 года.
В 1962 в городе произошло массовое выступление жителей, которое было жестоко подавлено коммунистическими властями.
5—6 октября 1991 состоялся Большой Круг Союза казаков Области Войска Донского, на котором за Новочеркасском закрепили статус исторического и современного центра донского казачества.
17—18 июля 1993 в Москве прошёл Объединённый Верховный Круг казачьих войск России и Зарубежья, в результате которого Новочеркасск был провозглашён всемирной столицей казачества.