Le evidenze archeologiche ritrovate dagli studiosi rendono certo il fatto che il territorio sul quale sorge Civitavecchia sia abitato fin dal Neolitico. La città (conosciuta in epoca romana con il nome Centumcellae) era particolarmente amata dall'imperatore Traiano, che decise di stabilirsi in una villa vicina al porto, che era in fase di costruzione (i lavori dello scalo terminarono nel 110). Fin dai tempi dei Romani, il territorio civitavecchiese era rinomato per la presenza delle Terme della Ficoncella e delle Terme Taurine (o di Traiano).
Nell'828 la città fu oggetto delle devastanti scorribande dei Saraceni: l'invasione condusse la popolazione a trovare riparo sulle montagne e successivamente in un sito chiamato Cencelle. Gli abitanti fecero ritorno a Centumcellae (il cui nome venne mutato in Civitas Vetula) soltanto nell'889.
In periodo rinascimentale (ma anche successivamente), fu il Papato a dare nuova linfa e centralità a Civitavecchia, che subì un processo di militarizzazione. Assolutamente decisivi in tal senso furono gli interventi di Giulio II della Rovere (sotto il cui regno ebbero inizio i lavori del Forte Michelangelo), di Sisto V (che nel 1588 istituì la flotta pontificia permanente) e di Alessandro VII, che dotò la città di un poderoso arsenale.
Agli inizi dell'Ottocento (1809), l'annessione dello Stato Pontificio all'Impero francese determinò notevoli vantaggi per Civitavecchia, soprattutto a livello infrastrutturale: risalgono a questo periodo, ad esempio, la costruzione della Camera di Commercio, del Tribunale e della stazione meteorologica.
Nel 1859, grazie all'impegno profuso da Pio IX, venne realizzato il tronco ferroviario Civitavecchia-Roma. Sarà una delle ultime opere pubbliche costruite sul territorio per volere di un pontefice: il 16 settembre 1870, infatti, Civitavecchia fu liberata dagli uomini guidati dal generale Nino Bixio, divenendo così italiana.
Martoriata dai bombardamenti (ben 76) avvenuti durante il secondo conflitto mondiale, la città si è sempre distinta per il forte sentimento antifascista della sua popolazione.
Come in molti centri abitati del Belpaese, anche a Civitavecchia ogni anno si svolgono manifestazioni caratteristiche. Tra queste occorre citare la festa di Santa Fermina, patrona della città, durante la quale avviene una processione in costume (al termine della stessa, la statua della santa viene portata al Faro antico con l'ausilio di un rimorchiatore).
Altre ricorrenze notevoli sono inoltre la processione del Cristo Morto (il venerdì santo), le "pastorelle" (che il 23 dicembre girano per la città cantando), i mercatini dell'Epifania e di Santa Fermina, le Olimpiadi della Cultura e del Talento e l'International Tour Film Festival.
A Civitavecchia è stata girata una celeberrima scena del cult-movie "Il secondo tragico Fantozzi" (1976): ci riferiamo al disastroso varo della nave effettuato dalla Contessa Serbelloni Mazzanti Vien dal Mare.
Per quanto concerne i piatti tipici, possiamo citare - tra i tanti - la zuppa di pesce, i polpetti affogati, i calamari ripieni, le "rigatelle" (= lumache) al sugo, la pizza coperta e le fave da morto. Tra i vini, le principali guide consigliano il Tarquinia DOC e il Cerveteri DOC.