Początki osady związane są z istniejącą przy przeprawie przez Pilicę komorą celną, zaś rozwój grodu - z opactwem cysterskim, ufundowanym tu w latach 1176-1177 przez księcia Kazimierza II Sprawiedliwego. Opactwo zostało założone w miejscu, które obecnie nazywa się Podklasztorze. Prawa miejskie Sulejów uzyskał w połowie XIII wieku, potwierdził je Władysław I Łokietek w 1308 roku.
Wielkim wydarzeniem w historii miasta był wiec, który odbył się 20-23 czerwca 1318 roku. Na tym właśnie wiecu uroczyście przyjęto warunki papieskie i uchwalono wznowienie Królestwa Polskiego. Wystosowano też prośbę do papieża Jana XXII o wyrażenie zgody na koronację Władysława I Łokietka. W poselstwie do Awinionu w tej sprawie wysłano biskupa kujawskiego Gerwarda.
Sulejów położony był przy szlaku handlowym ze Śląska i Wielkopolski na Ruś. W 1410 roku opactwo cysterskie było jednym z miejsc postoju wojsk polskich prowadzonych przez Władysława II Jagiełłę na pola Grunwaldu.
Zniszczenia doznane podczas „potopu szwedzkiego” spowodowały upadek miasta. W 1819 roku skasowano klasztor cysterski, a Sulejów stał się miastem rządowym.
Miejscowość zasłynęła z produkcji wapna, które początkowo wypalane było sposobem rzemieślniczym w prymitywnych piecach ziemnych. W okolicach Sulejowa znajdowały się bogate złoża kamienia wapiennego, którego wydobycie i wypalanie upowszechniło się w drugiej połowie XIX wieku. Duża część wapna spławiana była Pilicą do Wisły i dalej do Warszawy i Gdańska. Przemysłowe piece wapiennicze powstały w ostatnim ćwierćwieczu XIX wieku. Po prawej stronie Pilicy rozlokowane były kopalnie kamienia wapiennego, których właścicielem był Józef Fritsch. Na przełomie XIX i XX wieku do wypalania wapna zaczęto używać węgla kamiennego (wcześniej używano węgla drzewnego).
W latach 1870-1927 Sulejów był pozbawiony praw miejskich i został włączony do zbiorowej gminy wiejskiej Łęczno, a od 1912 roku stanowił osobną gminę, ale nadal nieposiadającą praw miejskich. W 1927 roku odzyskał je, co przyczyniło się do jego szybszego rozwoju.
Ponowna stagnacja nastąpiła po 1939 roku. W wyniku działań wojennych miasto zostało zniszczone w 80%, a pod gruzami domów i w obozach zginęło ponad 2000 mieszkańców.
Po II wojnie światowej miasto zostało odbudowane. Dalej głównym zajęciem dla mieszkańców było wypalanie wapna. Przedsiębiorstwa zajmujące się tą działalnością zostały wówczas znacjonalizowane. Funkcjonowały one do czasu przemian ustrojowych, lecz w latach 90. XX wieku, pomimo podjętego programu naprawczego ogłosiły upadłość. Obecny program rewitalizacji miasta Sulejowa nie przewiduje odnowienia wapienników i przywrócenia ich do dawnej świetności choćby dla turystów. W 1986 roku do klasztoru w Sulejowie wrócili natomiast cystersi.
