A város területéről napvilágra került régészeti leletek tanúsága szerint Bonyhád története az újkőkorig, a Kr. e. 6. évezred neolitikumáig nyúlik vissza. Ekkor kisebb, részben élelemtermelő, részben vadászó-gyűjtögető, a Kárpát-medencébe a Balkán irányából betelepült népesség részben földbemélyített házakból álló telepei tarkították a későbbi Völgység patakok menti alacsony dombjait. Tárgyi emlékek tanúsága szerint Bonyhád területén egymást követték a Starčevo-kultúra (korai neolitikum), az őstulkot és vaddisznót háziasító Dunántúli vonaldíszes kultúra (középső neolitikum), valamint a Tolna megyében széles körben elterjedt Lengyel-kultúra (késő neolitikum) népei. Ez utóbbi települései már több tucatnyi hosszúházat számláltak, egyre kiterjedtebb területeket vontak művelés alá, és jelentős távolsági kereskedelmet folytattak, többek közt a Földközi-tenger partján élő népekkel. Társadalmaikban jelentős vagyoni különbségek jelentek meg, Bonyhád vonzáskörzetében öt lengyeli telep is létezett. Az ezt követő századokban egy új, hangsúlyosabban állattartó népesség jelent meg a Dunántúlon, így a Völgységben is: a Balaton-Lasinja-kultúra (kora rézkor). A Kr. e. 4. évezredben a már jórészt föld fölé épített házakban élő, négykerekű kocsikat hajtó Baden-kultúra népessége lakta a későbbi Bonyhád területét. Ezt követő évezredekben sorozatosan települtek be újabb népcsoportok a területre délkeletről, így a Kisapostag-kultúra népessége is (kora bronzkor), akik magukkal hozták a bronzöntés művészetét, valamint rövid életű, falusias településekben éltek, amit a megművelt földek kimerülésével folyamatosan költöztettek. Őket a felmenű falu, gerendavázas, vesszőfonatos-tapasztásos házakból álló kis településeken élő népesség váltotta fel, akiket egyedi, díszes edényeik után mészbetétes edények kultúrája néven ismer a kutatás (középső bronzkor). A Kr. e. 2. évezred közepén, az ún. koszideri időszakban egy harcias népesség érkezett északnyugatról a területre, akik halottaik felé halomsírokat emeltek, tapasztott felmenő falú, agyagpadlós házakból álló településeiket gyakran védműként használt árkokkal övezték. Ők alkották a halomsíros-, illetve később az urnamezős kultúrát (késő bronzkor). A Kr. e. 1. évezredben nyugatról a Hallstatt népe, keletről a hódító sztyeppei szkíták érkeztek a Kárpát-medencébe, az ő hatásuk tettenérhető Bonyhád város területén is (korai vaskor).
A Kr. e. első évezredben a Dunántúlt a Rajna- és Felső-Duna vidékéről kirajzó kelták népesítették be, Bonyhád környékén a hercuniantes törzs telepedett meg (késő vaskor, La Tène C–D időszak). A Völgység kelta települései kevés házból álló, tanyaszerű telepek voltak, amiket lakóik elsősorban vizek közelében hoztak létre. A 10–15 m2 alapterületű, részben földbe mélyített házaikat cölöpszerkezetekre rögzített nyeregtetők fedték, és a régészeti leletek tanúsága nyomán elsőként ők termesztettek szőlőt a vidéken.
A Kr. u. 1. század közepén a leendő Bonyhád területe a Római Birodalom fennhatósága alá került Pannonia tartomány részeként. A római államszervezet mai napig fennmaradt tárgyi emlékei közé tartozik a korszak két jelentős városát, Sopianae-t (Pécs) és Aquincumot (Óbuda) összekötő kereskedelmi út, aminek a nyomvonalán fut a régi 6-os főút. A tartomány virágzó gazdasága az út révén fellendítette a Völgység kereskedelmét is, amint erről tanúskodnak a Bonyhádon napvilágra került művészi kidolgozású mérlegsúlyok, egy a markomann háborúk (Kr. u. 167–180) idején elrejtett kincslelet, és a principátus középosztályának jellegzetes díszkerámiái, a terra sigillaták.
A Kr. u. 4. században a meggyengült Római Birodalom feladni kényszerült Pannonia tartományt, Bonyhád és környéke a század második felében a hunok, majd a Kr. u. 6. században a langobardok, majd az avarok fennhatósága alá került. A belső ázsiai avarok több települése ismert Bonyhád környékén, azonban a városban nem kerültek elő e nép nyomai.
A Kr. u. 9. században a honfoglaló magyarság feltérképezte, majd fennhatósága alá vonta a Dunántúlt. A mai Bonyhád – ami nevét István király unokaöccsének, az erdélyi gyula egyik fiának, Bonyháról kapta – területén az Árpád-korban tíz falu feküdt, részben a pécsi püspök, részben a helyi köznemesség birtokában. A középkori Bonyhád a Völgységi-patak keleti oldalán, a dombok lábánál futó, továbbra is használt, Pécsről Budára vezető egykori római út, valamint a Pécset Székesfehérvárral összekötő út mentén feküdt. Békeidőben ez az úthálózat jelentős településszervező erő volt, és pénteki vásárai révén a középkori Bonyhád a térség jelentős falvává fejlődött. E fejlődés ékes színfoltja a területén a Morgai-család által épített, mészkőfaragványokkal gazdagon díszített késő gótikus templom.
Az oszmán hódoltság (1526–1699) idején Bonyhád a Mohácsi szandzsák Pécsváradi nahijéhez tartozott, a környező falvakkal együtt mintegy ezren éltek ekkor a mai Bonyhád város területén, lakossága döntően magyar volt.
Az oszmán megszállás idején, a kisebb-nagyobb portyáktól eltekintve a vidék települései továbbéltek, a mohácsi vész (1526) vagy legkésőbb a tizenöt éves háború (1591/1593–1606) nyomán a környék falvai azonban nagyrészt elnéptelenedtek. A középkori Bonyhádot is ekkor hagyták fel lakói, és településüket a mai városközpont területén, a korábbitól egy-két kilométerrel nyugatra szervezték újra. A vidékre a 16. század végén rácokat telepítettek, de az a 18. század elejére, a török kiűzése és a kuruc szabadságharc idejére újból elnéptelenedett és már csak elvétve lakták délszlávok.
Bonyhád történetében a következő fordulópontot 1720 jelentette, ekkor az elmenekült balkáni népesség helyére német és magyar lakókat telepítettek a kiüresedett falvak birtokosai (Kun, Perczel és Kéthely családok). A betelepítési hullám nyomán jelentek meg a Völgységben a katolikus és evangélikus közösségek. 1767-ben az úrbérjegyzék már 103 családot jegyez Bonyhádon, ami ezt követően rohamos fejlődésnek indul.
A német és magyar lakosság mellett Cseh- és Morvaország területéről zsidó családok telepedtek meg Bonyhádon, akik jelentősen hozzájárultak a gyarapodó település iparának és kereskedelmének fejlődéséhez. Baranyában nem telepedhettek le zsidók, így a 18. században Bonyhád vált a délvidéki kereskedelem központjává.
1782. január 14-én II. József magyar király (1780–1790) mezővárosi rangra emelte Bonyhádot, amit I. Ferenc magyar király (1792–1835) is megerősített 1801-ben. Ekkor a település már egy háromezer fős járásszékhely, megye szinten jelentős céhes iparral. A mezőváros acrulatát az egymás mellett élő, a lakosság harmadát adó magyarság, németség és zsidóság alakította.
A 19. század a látványos fejlődés ideje, az ötezer fős Bonyhád Tolna megye egyértelmű kereskedelmi központja, lakosságarányosan kétszer annyi céhes iparossal, mint a megyeszékhely Szekszárd.
Fényes Elek 1851. évi statisztikája szerint Bonyhádon 175 kereskedő működött, ugyanannyi, mint a megye összes többi településén együttesen. A kisváros intézményei szépen fejlődnek, gimnáziuma, strandfürdője, szállodái, kórháza, gyógyszertára, postahivatala van, több vízimalom és egy gőzmalom, valamint két bankintézet is működik a településen. A közélet virágzott, 1830 és 1940 között 322 egyesület működött Bonyhádon.
A 19. század elején Bonyhád a környékbeli dohánytermesztés központja, a mintegy két évtizedes konjunktúrának az 1851. évi állami dohánymonopólium vetett véget. Ezt követően Bonyhád gazdaságának sarokpontja újra a szőlőtermesztés lett, aminek a század második felében tomboló filoxérajárvány vet véget. A bonyhádi gazdaság új irányt vett és a régióban a század végén meghonosodott a jól tejelő tarka marha tájfajta.
1880-ban Fein Mór elindította az első bonyhádi nyomdát, az első rendszeresen megjelenő bonyhádi periodika, a „Bonyhád és Vidéke” 1906-ban jelent meg nyomtatásban. 1902-ben a megyében másodikként Bonyhádon vezették be a villanyvilágítást. 1909-ben nyílt meg a település első nagyüzeme, a napjainkban is működő zománcgyár, valamint a Pétermann Jakab nevével fémjelzett bonyhádi cipőgyár 1917-ben nyitotta meg kapuit.
Az első világháborúban Bonyhád és a Völgység katonakorú férfilakossága az itáliai fronton harcolt, a hősi halottak emlékét a római katolikus templom mellett felállított emlékmű őrzi.
A két világháború között Bonyhád közigazgatási területe növekszik, hozzácsatolják Börzsöny és Ladomány kisközségeket. A második világháború eseményei már közvetlenül érintették a kisvárost, 1944 júniusában 1344 zsidó személyt deportáltak, ezzel az egykor virágzó bonyhádi közösség végérvényesen megszűnt. Az orosz front 1944 novemberében átvonul a településen, nyomában majdnem kétezer főt málenkij robotra hurcoltak a következő évben.
1945–1948 között zajlott a mai Bonyhád életét alapjaiban meghatározó lakosságcsere, 13.000 németajkú lakost, a völgységi németség felét erővel kitelepítették, helyükre az állam bukovinai székely és Erdély más részeiről érkező családokat telepített, valamint Felvidékről, elsősorban Mátyusföldről magyarok érkeztek.
Az 1956-os forradalom és szabadságharc Bonyhádon mozgatta meg a legnagyobb tömeget Tolna megyében, mintegy négyezer főt, ennek oka a bonyhádi diákság nagy létszáma, valamint a Hidas-Nagymányoki bányászok közelsége volt.
Az 1960-as években Bonyhád népessége a ki- és betelepítések lezárultával tízezer fő körül konszolidálódott, etnikai összetételében megegyezik a Völgység többi részével. A környező falvakból betelepülést (urbanizációt) felgyorsította, hogy 1977-ben Bonyhád városi címet nyert. 2013 óta járási székhely, újabban Bonyhád a Völgység fővárosaként egy dinamikusan fejlődő, társadalmi intézményeiben és ipari fejlesztéseiben sokoldalú dunántúli kisvárossá nőtte ki magát.