La città fu fondata nel 1656. La regione fu abitata per la prima volta circa 10.000 anni fa (Epipaleolitico). Un teschio e altre tracce sono state trovate nelle grotte vicine.
A metà del XIV secolo, la regione fu colonizzata dal sud del Val-de-Ruz. La Chaux-de-Fonds è menzionata per la prima volta nel 1350 come la Chaz de Fonz. Nel 1378 è menzionata come Chault de Font.
La regione era sotto l'autorità dei signori di Valangin. Nel XV e XVI secolo, una seconda ondata di colonizzazione venne dal cosiddetto Clos de la Franchise (le valli di Le Locle e La Sagne). L'agricoltura era l'attività principale ma il villaggio rimase piccolo. Nel 1531 c'erano solo circa 35 persone. La prima chiesa fu costruita nel 1528. Nel 1530, La Chaux-de-Fonds, come il resto delle terre di Valangin, si convertì alla nuova fede riformata. Il signore di Valanginian, René de Challant, fissò i confini della parrocchia nel 1550. La chiesa e la parrocchia fornirono una struttura politica e una piccola comunità di cittadini di Valanginian, liberi agricoltori e contadini crebbe intorno alla chiesa. Nel 1615 c'erano 355 persone che vivevano nel villaggio. Nel 1616, la bassa e media giurisdizione su La Chaux-de-Fonds si trasferì a Le Locle e La Sagne, mentre l'alta corte rimase a Valanginian. L'agricoltura, completata dai mulini sulle rive del Doubs, continuò a dominare. Tuttavia, alla fine del XVI secolo, la città divenne un importante crocevia tra Neuchâtel, la Franca Contea e il vescovado di Basilea.
La comunità crebbe durante la Guerra dei Trent'anni, soprattutto grazie alla sua posizione strategica per il commercio. L'attività economica accelerò nel XVIII secolo con lo sviluppo delle industrie di merletti e di orologi della città. Pierre Jacquet-Droz, meglio conosciuto per i suoi automi, fu un orologiaio particolarmente importante di quest'epoca.
Nel 1794, la città fu devastata da un incendio. Charles-Henri Junod creò il nuovo piano della città nel 1835, e la città è ora conosciuta per la sua pianta "moderna" a griglia, in confronto ai meandri della maggior parte delle città europee. Il viale centrale è chiamato Avenue Léopold Robert.
