Первое поселение на территории города, так называемое «Воткинское городище», датируется III—V веками и относится к мазунинской археологической культуре.
Воткинск основан графом Шуваловым Пётром Ивановичем 17 апреля 1758 года как посёлок при строительстве Воткинского железоделательного завода. В этом же году была построена плотина и образован пруд, а осенью 1759 года Воткинский завод начал работать. С 1759 года по 1796 год — посёлок при Воткинском заводе в Вятской провинции Казанской губернии, с 1796 года по 1917 год находился в Сарапульском уезде Вятской губернии.
Штаб 7-й дивизии стоял в г. Воткинске[2].
С 1917 года по 1921 год посёлок Воткинский завод в Сарапульском уезде Вятской губернии, с 1921 года по 1923 год в Сарапульском уезде Пермского края, с 1923 года по 1934 год в Уральской, Свердловской области, с 1934 года по 1935 год в Кировском крае. В 1935 году становится городом Воткинском, до 1936 года в Кировском крае, с 1936 года по 1937 год в Кировской области. В 1937 году город Воткинск из состава Кировской области передан в состав Удмуртской АССР.
В Воткинске родился и провёл первые 8 лет своей жизни Пётр Ильич Чайковский. Ряд своих произведений композитор создал, переживая свои детские впечатления от природы родного края. Ежегодно в Воткинске проводятся традиционные майские музыкальные фестивали имени П. И. Чайковского.