Tragovi ljudskog postojanja na ovom području datiraju još od starog kamenog doba. Od tada, pa kroz periode mlađeg kamenog i metalnog doba, kako tvrde antropolozi, istoričari i etnolozi, život se ovdje odvija u kontinuitetu.
Tokom rimske vlasti ovdje se začinje prva urbanizacija, o čemu najrječitije govore ostaci poznatog rimskog fortifikacionog kompleksa na ušću Usore u Bosnu, koji se sastoji od vojničkog logora Kastrum i naselja Kanube (Canabea).
Doseljavanjem na ove prostore tokom VI i VII vijeka Sloveni žive u plemenskim i rodovskim zajednicama u manjim teritorijalnim jedinicama – župama.

Najstariji pisani izvor o pominjanju imena Doboj potiče iz 1415. godine. Nakon pada Bosne pod Turke 1463. godine, Turci ubrzo osvajaju i dobojsku Tvrđavu 1476. godine.
Tokom austrougarsko-turskih ratova krajem XVII i početkom XVIII vijeka, Austrijanci u dva maha preuzimaju Doboj od Turaka, da bi 1878. cijela Bosna i Hercegovina potpala pod habzburšku vlast.

U cilju eksploatacije prirodnog bogatstva, Austrijanci odmah počinju izgradnju željezničkih pruga, modernih makadamskih puteva i formiraju šumsko-prerađivačka preduzeća.
Tokom Prvog svjetskog rata Austrijanci u Doboju formiraju logor, kroz koji je prošlo oko 45.000 interniraca, uglavnom žena, djece i staraca iz Podrinja, Stare Hercegovine, Srbije i Crne Gore.
Formiranjem nove državne zajednice – Kraljevine Srba, Hrvata i Slovenaca (kasnije Kraljevine Jugoslavije), Doboj prolazi kroz intenzivniji ekonomski i kulturni razvoj kojeg je prekinuo Drugi svjetski rat, koji je i na dobojskom području donio mnogo zla. Patrioti ovoga kraja su se oduprli fašističkom teroru i oslobodili Doboj 17. aprila 1945. godine.

Za vrijeme SFRJ Doboj se relativno brzo i uspješno razvijao, zahvaljujući prije svega entuzijazmu naroda, ali i činjenici da je Doboj bio politički, kulturni, ekonomski i prirodno-geografski centar šireg regiona.

Raspadom SFRJ i početkom međuetničkih sukoba u Bosni i Hercegovini 1992. godine i Doboj je zahvatio ratni požar. Na samoj tromeđi muslimanskog, hrvatskog i srpskog dijela BiH, Doboj je pretrpio ogromno materijalno razaranje i velike ljudske žrtve.
Kraj rata zaključen je Dejtonskim sporazumom 1995. godine.
Deceniju nakon ratnog sukoba, Doboj je ponovo stekao značaj važnog regionalnog centra bez obzira na administrativnu granicu između Republike Srpske i Federacije BiH koja presijeca predratnu teritoriju opštine.

Doboj je pretrpio i posljedice katastrofalne poplave 15. maja 2014.godine kao jedan od najteže pogođenih gradova u BiH. Međutim, zahvaljujući velikom entuzijazmu samih građana, gradske uprave, gradskih, republičkih i državnih institucija te pomoći međunarodne zajednice i brojnih prijatelja grada, u rekordnom roku je uspostavljena normalizacija rada ustanova i života u Doboju.