Stad ontstaan als esdorp langs de doorgaande weg Delden-Oldenzaal waar deze de weg Almelo-Enschede kruist en waar drie beken samen komen. Het esdorp, waarvan de naam afgeleid is van de woorden eng en loo hoger akkerland en bosrijke laagte wordt voor het eerst in 1188 vermeld.
In 1252 is er sprake van huis Hengelo. Omstreeks 1337 ontstond er een kapel op de plek van de huidige oude algemene begraafplaats.
In 1485 kwam het huis in bezit van Johan van Twickelo en Adriana van de Rutenberg. Hun zoon Frederick van Twickelo liet tussen 1526 en 1530 een havezate met voorhof, keermuur en omgrachting bouwen.
Omstreeks 1540 werd een voorgevel toegevoegd in vroege renaissancevormen. Frederik werd in 1545 in de kapel begraven, maar zijn grafsteen is later overgebracht naar de St.-Blasiuskerk te Delden.
In 1615 werd het huis gekocht door Unico Ripperda, heer van Boxbergen, die in 1616-'19 een ingrijpende verbouwing liet uitvoeren. Na 1750 raakte het huis in verval en in 1821 werd het gesloopt, waarna de ingangspoort uiteindelijk bij de fabrikantenbuitenplaats Het Stroot terechtkwam.
Het dorp zelf bestond uit een wijdmazig net van straten en paden met daartussen boerderijen op ruime erven.Behalve dat de beken geregeld voor wateroverlast zorgden, had Hengelo in 1595 sterk te lijden van een dorpsbrand. In de 18de eeuw ontstond enige economische bloei dankzij de doopsgezinde fabrikeur Wolter ten Cate, die omstreeks 1750 een eerste bontweverij (bontgoed is stof geweven in meerkleurige ruiten) oprichtte. In 1811 werd het richterambt Delden gesplitst in de gemeenten Ambt-Delden en Hengelo. De verbindingen met Salland werden verbeterd doordat men de wegen Deventer-Bentheim en Enschede-Zwolle in 1830 verhardde. Door de gunstige verkeersligging werd Hengelo een spoorwegknooppunt aan de lijnen Almelo-Salzbergen (bij Rheine) en Zutphen-Hengelo, beide geopend in 1865; het jaar daarop gevolgd door de lijn naar Enschede en in 1885 de lijn naar Winterswijk. Hengelo groeide daardoor uit tot een belangrijke industriestad met bontweverijen, metaalindustrie en elektrotechnische industrie.
Een belangrijke rol speelden C.T. Stork, zijn broer J.E. Stork en zijn zwager H.J. Ekker, die in 1853 Weefgoederenfabriek C.T. Stork & Co. oprichtten. Zij stonden in 1867 ook aan de basis van de ten zuiden van de spoorlijn gebouwde Machinefabriek Gebroeders Stork & Co.
Andere belangrijke textielfabrieken waren de Nederlandse Katoenspinnerij van R.A. de Monchy (1866), de Hengelose Bontweverij (1871) de voortzetting van de fabriek van Wolter ten Cate - en de Twentse Bontweverij (1874). In 1879 ontstond de machinefabriek G. Dikkers. In 1900 werd een door R.W.H. Hofstede Crull opgerichte fabriek in Hengelo gevestigd, op het terrein van huis Hengelo, onder de naam Hengelose Elektrische En Mechanische Apparaten Fabriek (HEEMAF), in 1907 gevolgd door de fabriek van F. Hazemeyer voor elektrische schakelingen.
Hieruit ontstond in 1922 Hazemeyer's Fabriek van Signaalapparaten, die na de oorlog Hollandse Signaal ging heten. Hazemeyer en Heemaf gingen in 1963 op in Holec. In 1936 volgde de bouw van een zoutfabriek van de Koninklijke Nederlandse Zoutindustrie, nu Akzo-Nobel, aan het pas geopende Twentekanaal. Het dorp zelf bleef een losse structuur houden, met daarin boerderijen aangevuld met arbeiderswoningen. Het had sinds 1868 een eigen raadhuis. In oostelijke richting, langs de Enschedese straat vond enige centrumvorming plaats.
Ten noorden daarvan liggen de Afrikaanderwijk en tussen het spoor en de Deldenerstraat de dichterswijk. In 1911-'13 werd het tuindorp ‘t Lansink gebouwd. Hengelo had sterk te lijden in de oorlog, vooral van het bombardement van 6-7 oktober 1944. Dit verwoestte het stationsemplacement, maar ook grote delen van de aangrenzende binnenstad. Na de oorlog tot omstreeks 1960 volgde een korte opleving van de textielindustrie en verrees onder meer een nieuwe fabriek aan de Geerdinksweg. De binnenstad werd opgebouwd volgens de ideeën van de Delftse School.
In 1956-'58 kwam de herbouwde Markt gereed met aansluitend Brinkstraat en Telgen, in 1958-'63 gevolgd door het nieuwe stadhuis, waarvoor zowel het oude stadhuis als veel van de bewaard gebleven bebouwing moest wijken. Dat was niet het laatste ambitieuze stadsvernieuwingsplan, getuige de sloop in 1994 van de uit 1911 stammende St.-Ludgeruskerk en de recente reconstructie bij het Stationsplein. De industrie werd ten zuiden van het spoor en in de buurt van het Twentekanaal geconcentreerd. De woningbouw maakte een explosieve groei door en er ontstonden de wijken Sterrenbuurt (1954), Klein Driene (1955), Veldwijk, Wilderinkshoek, Groot Driene, de Hengelose Es en de Woolder Es. De jongste uitbreidingen zijn de Hasseler Es en de Boershoek ten noordoosten van de stad.
