Trong quá trình hình thành và phát triển Thành phố Bắc Kạn có nhiều biến đổi về dân số địa giới hành chính. Theo các tư liệu lịch sử, kể từ khi có Nhà nước Văn Lang dưới thời các Vua Hùng, Bắc Kạn nằm trong bộ Vũng Định. Thời nhà Lý, vùng đất này thuộc phủ Phú Lương. Năm 1460, phủ Phú Lương đổi thành thừa tuyên Ninh Sóc. Năm 1490, nhà Lê tách một phần đất phía Bắc thừa tuyên Ninh Sóc đặt thêm phủ Thông Hóa. Bắc Kạn nằm trong phủ Thông Hóa thuộc xứ Thái Nguyên.
Địa danh Bắc Kạn xuất hiện trong các văn bản lần đầu vào khoảng thế kỷ XVII. Theo nhân dân địa phương từ “Bắc Kạn” được gọi chệch từ chữ “Pác cáp” (tiếng Tày), có nghĩa là nơi hợp lưu của các dòng chảy.
Vào buổi sơ khai, địa phận Bắc Kạn mới chỉ trong một phạm vi rất hẹp, lúc gọi là phố, lúc gọi là trại và chủ yếu nằm trong trung tâm của Thành phố bây giờ. Nhà cửa thưa thớt, dân cư rất ít. Đến thời nhà Nguyễn (triều vua Minh Mạng) bắt đầu đặt tên cho các tỉnh. Vào năm 1831, xứ Thái Nguyên đổi thành tỉnh Thái Nguyên, gồm 2 phủ: Phú Bình và Thông Hóa. Sau đó, chính quyền phong kiến nhà Nguyễn tách một số châu, huyện thuộc phủ Phú Bình, lập thêm phủ mới – phủ Tòng Hóa.
Ngày 11-4-1900, ngay sau khi chiếm vùng đất Bắc Kạn, toàn quyền Đông Dương P. Đu – me ra Nghị định thành lập tỉnh Bắc Kạn, tách khỏi tỉnh Thái Nguyên. Lúc mới thành lập, tỉnh Bắc Kạn có các châu: Bạch Thông, Chợ Rã, Thông Hóa (sau gọi Ngân Sơn), Cảm Hóa (tức Na Rì). Năm 1916 thực dân Pháp cắt một phần đất phía tây châu Bạch Thông và phần đất phía Nam châu Chợ Rã để lập ra châu Chợ Đồn. Vào thời gian đó, Bắc Kạn có 5 châu, 20 tổng và 103 xã, bản với số dân 36.000 người. Tháng 7-1901, thị xã Bắc Kạn được thành lập vừa là tỉnh lỵ của tỉnh Bắc Kạn vừa là châu lỵ của châu Bạch Thông. Thị xã trở thành trung tâm hành chính, kinh tế, chính trị, quân sự, văn hóa của tỉnh Bắc Kạn. Các cơ quan đầu não bộ máy cai trị của chính quyền thực dân phong kiến đều đóng ở đây.
Lúc mới thành lập, thị xã chỉ có một cụm dân cư thưa thớt sống trong một dãy phố nhỏ. Mấy năm sau, theo quy định của chính quyền thực dân, phong kiến, thị xã Bắc Kạn có 3 phố chính: Định Bình (khu vực phố Đức Xuận), Hoài Ân (khu vực phố Phùng Chí Kiên) và Tòng Hóa (khu vực phố Đội Kỳ).
Sau Cách mạng Tháng Tám 1945, nhất là sau ngày giải phóng (1949), thị xã Bắc Kạn được mở rộng thêm gồm 6 phố và lấy tên các chiến sĩ cộng sản, các nhà yêu nước đã anh dũng hy sinh cho sự nghiệp giải phóng dân tộc như: Đội Kỳ, Đội Thân, Minh Khai, Chí Kiên, Đức Xuân, đặt tên cho các phố.
Năm 1965, theo chủ trương của Đảng, Quốc hội, Chính phủ đã quyết định nhập hai tỉnh Bắc Kạn và Thái Nguyên thành tỉnh Bắc Thái.
Năm 1967, Ủy ban thường vụ Quốc hội quyết định nhập thị xã Bắc kạn vào huyện Bạch Thông, thị xã Bắc Kạn trở thành thị trấn huyện lỵ của huyện Bạch Thông.
Một góc thị xã Bắc Kạn ngày nay
Ngày 16 tháng 7 năm 1990, Hội đồng Bộ trưởng ra quyết định số 262/HĐBT về việc thành lập thị xã Bắc Kạn. Theo quyết định này, thị xã Bắc Kạn được thành lập gồm 03 đơn vị hành chính với 1.307ha diện tích tự nhiên và 9.468 nhân khẩu trên cơ sở các phố Nà Mày, Đội Thân, Đức Xuân, Đội Kỳ, Phùng Chí Kiên của thị trấn Bắc Kạn và các bản Phiêng Luông, Tổng Tò, Khuổi Rờm, Nà Rào thuộc xã Dương Quang, Bản Áng thuộc xã Huyền Tụng huyện Bạch Thông.
Ngày 01 tháng 01 năm 1997, tỉnh Bắc Kạn được tái lập, theo Nghị quyết kỳ họp thứ 10 Quốc hội khóa IX của nước Công hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam. Thị xã Bắc Kạn trở thành thị xã tỉnh lị của tỉnh Bắc Kạn và tiếp tục được mở rộng về diện tích và dân số, với 08 đơn vị hành chính (04 xã: Dương Quang, Xuất Hóa, Huyền Tụng, Nông Thượng và 04 phường: Đức Xuân, Sông Cầu, Phùng Chí Kiên, Nguyễn Thị Minh Khai), trên cơ sở 3 phường cũ của thị xã là Đức Xuân, Sông Cầu, Phùng Chí Kiên và sáp nhập thêm xã Dương Quang, xã Nông Thượng, thị trấn Nguyễn Thị Minh Khai, xã Xuất Hóa, xã Huyền Tụng của huyện Bạch Thông.
Với vi trí là trung tâm hành chính, kinh tế, chính trị, quân sự, văn hóa của tỉnh, thị xã Bắc Kạn được Trung ương, tỉnh quan tâm đầu tư, cùng với sự cố gắng nỗ lực của Đảng bộ và nhân dân các dân tộc, sau gần 20 năm tái lập tỉnh thị xã Bắc Kạn đã có bước phát triển khá toàn diện. Chính trị xã hội ổn định, kinh tế phát triển, cơ sở hạ tầng đô thị được qui hoạch xây dựng theo hướng hiện đại, văn hóa xã hội có nhiều tiến bộ, đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân được nâng lên, công tác xây dựng Đảng, xây dựng hệ thống chính trị đạt được nhiều chuyển biến tích cực.
Ngày 02 tháng 8 năm 2012, thị xã Bắc Kạn đã đượccông nhận là đô thị loại III trực thuộc tỉnh Bắc Kạn.
Ngày 11/3/2015, Uỷ ban Thường vụ Quốc hội đã ra Nghị quyết số 892/NQ-UBTVQH13 thành lập các phường Xuất Hoá, Huyền Tụng thuộc thị xã Bắc Kạn và thành lập thành phố Bắc Kạn thuộc tỉnh Bắc Kạn. Theo đó, thị xã Bắc Kạn có thêm 2 phường Xuất Hóa, Huyền Tụng trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên, dân số của 2 xã Xuất Hóa, Huyền Tụng. Thành phố Bắc Kạn được thành lập trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên, dân số và các đơn vị hành chính của thị xã Bắc Kạn (6 phường: Đức Xuân, Sông Cầu, Nguyễn Thị Minh Khai, Phùng Chí Kiên, Xuất Hóa, Huyền Tụng; 2 xã: Dương Quang, Nông Thượng).
Do có nhiều thành tích đóng góp trong 2 cuộc kháng chiến, trong công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc, Đảng bộ và nhân dân các dân tộc Thành phố Bắc Kạn đã vinh dự được Đảng, Nhà nước ghi nhận và tặng nhiều phần thưởng cao quý:
+ Danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân vì đã có thành tích xuất sắc trong cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp (năm 2000);
+ Huân chương lao động hạng Ba (năm 2006);
+ Huân chương lao động hạng Nhì (năm 2013);
+ Cờ thi đua của Chính phủ những năm 1997, 1998, 1999, 2007, 2008, 2010, 2011;