A régészeti feltárások során talált leletek alapján Balatonfűzfő múltja egészen a római-korig nyúlik vissza. Elődje az egykori Máma falu a mai város délkeleti részén feküdt. A valószínűleg már a honfoglalás idején létezett települést egy 990-ben kiadott, görög nyelvű adománylevélben szerepel először, amelyben István király a veszprémvölgyi görög szertartású apácamonostornak adta Máma falut több környező településsel együtt.

A tatárjáráskor valószínűleg a falu, akkori templomával együtt elpusztult, a ma már csak romjaiban látható Szent László-templom ugyanis valamikor a XIII. században keletkezhetett. Egy okirat szerint a templom 1292-ben már állt Mámán. 1552-ben az apácák a török seregek elől Körmendre menekültek, a hódoltság alatt kihalt apácamonostor birtokait III. Ferdinánd 1639-ben a győri jezsuita kollégiumnak adta.

A falu valószínűsíthetően a Rákóczi-szabadságharc idején pusztult el, nevét ma már csak a "Máma-hegy", "Máma-tető" területnév őrzi. A harcok elől menekülő lakosság a veszély elmúltával sem telepedett vissza Mámára, pedig a Szent László-templom épen megúszta az összecsapásokat. Ezt bizonyítja az az 1761-ben kelt egyházi dokumentum, amely a Máma-pusztán lévő templomot, a mellette álló remetelakot és az azokat őrző remetét említi.

Azt hogy hogyan, mikor romlott le teljesen a Szent László-templom állapota, nem ismerjük. Azt tudjuk, hogy 1773-ban Mária Terézia az ellenreformációban vállalt szerepe miatt feloszlatta a jezsuita rendet, birtokaiból pedig tanulmányi alapot hozott létre, amelynek bevételéből katonai akadémiákat és középiskolákat tartottak fenn. Így a mai Balatonfűzfő területe is ennek a tanulmányi alapnak a része volt ebben az időben. 

Egy 1928-29-ben készült fényképen szerepel a Szent László-templom, amely már ekkor romos állapotú, ám ekkor még látható viszonylag ép nyugati homlokzata, amelyet később a Jézus Szíve-templom alapjainak építésekor bontottak el.

A Fűzfő elnevezés elsőként egy Szárberényhez tartozó dűlő neveként jelenik meg a veszprémvölgyi apácamonostor alapítóokmányában, később a XII-XIV. századból való különféle perek feljegyzéseiben találkozhatunk vele, mint helynév. Egy 1671-ből származó dokumentum az apácák a Fűz-patak hídjára vonatkozó egykori vámszedő jogát említi, amellyel a későbbiekben kelt okiratokban is találkozunk. A XVIII. század első felében több alkalommal is említik a helységet az iratok Fűzfe, vagy Fűzfeő néven. Egy 1757-ben kelt népesség-összeírásból kiderül, hogy ekkor Fűzfő pusztán egy kocsmáros él a családjával, ugyanis a győri jezsuiták egy háromszobás vendégfogadót építtettek ide. A rend feloszlatásakor ez már csak egy düledező épület.

Balatonfűzfő az I. világháború után alakult ki, amikor a magyaróvári lőporgyárat áttelepítették ide. A gyár építése 1922-ben kezdődött, a lőporgyártás 1927-ben indult be, a rákövetkező évben pedig papírgyárat kezdtek építeni a területen, amelyben a termelés 1929-ben kezdődött meg. Amikor a Magyar Lőporgyárüzemi Rt. 1928-ban elkezdett másfajta vegyipari termékeket is előállítani, a nevét Nitrokémia Ipartelepek Rt.-re változtatta, ahonnan a jelenlegi Nitrokémia Zrt. alakult ki. Az 1923-24-ben épített gyári lakótelepen kaptak helyet a lőporgyár Magyaróvárról átköltözött tisztviselői, munkásai. Az 1930-as években már több száz családnak otthont adó lakótelepen hamarosan kulturális és sportlétesítmények építésébe kezdtek. Mivel az ipartelepet hadiüzemnek nyilvánították, és a lakóteleppel együtt 2,5 méter magas kerítéssel vették körül, valamint fegyveres őrökkel és kutyákkal őriztették a területét, az itt élők zárt közösséget alkottak.

A Nitrokémia vállalat előrehaladása meghatározta a környező települések fejlődését is, hiszen munkát adott nem csak a környékbelieknek, de az ország különféle pontjairól érkező munkavállalóknak is, akik aztán Alsófűzfőn telepedtek le. Így aztán elmondhatjuk, hogy Balatonfűzfő lakossága a szó szoros értelmében összevándorolt.

A XX. század első évtizedében épült Budapest-Tapolca vasútvonal és az 1910-es években épült, a Balaton északi partján végighaladó 71-es főút jelentősen hozzájárult, hogy 1920-30-as években elkezdett egy üdülőtelep kialakulni a településen. 1921-ben több magasrangú kormánytisztviselő vett telket, épített nyaralót Balatonfűzfőn, valamint ebben az időben épült a ma Szalmási-telepnek nevezett, a gyártelephez közeli terület is. Az üdülőtulajdonosok később létrehoztak egy fürdőegyesületet, amely Balatonfűzfő fejlesztését tűzte ki céljául. A gyártelepen a sportot szerető alkalmazottak 1928-ban megalakították a Fűzfői Atlétikai Klubot. 1933-ban a belügyminiszter engedélyezi a Balatonfűzfő üdülőhely megnevezést. Balatonfűzfő és Fűzfő-gyártelep ebben az időben közigazgatásilag még Vörösberényhez tartozott. Az 1930-as évek végén a papírgyár alkalmazottai számára lakásokat építettek a vörösberényi Csebere-dűlőben, amelyet aztán az ebben az időszakban sokat emlegetett líbiai városról Tobruknak neveztek el. Egy helyi történet szerint azért kapta ezt a nevet a településrész, mert a Hazai Papírgyár Rt. akkori igazgatója – aki idegenlégiósként járt Afrikában – egyszer csak felkiáltott „Ez épp úgy néz ki, mint Tobruk!”, a név pedig rajtamaradt a területen. 

A gyár fejlődése, a munkások egyre növekvő száma miatt az 1940-es éveke elején újabb lakásépítések kezdtek Fűzfő-gyártelepen, a folyamat azonban megszakadt a II. világháború kitörésével. Az üzemeket leállították, a gépeket, a termékeket és nyersanyagokat Németországba szállították, azonban a munkások elrejtettek a katonák elől amit csak tudtak, így a front átvonulása után nem sokkal újra meg tudtak nyitni néhány gyárat, ahol közszükségleti termékeket gyártottak.

A Nitrokémia Ipartelepek Rt. támogatásával jött létre az 1950-es évek közepén a Balaton Uszoda, amely ma a környék egyik legszínvonalasabb sportcentruma, amely alkalmas úszóversenyek helyszínéül is. 

Balatonfűzfő életében jelentős év volt 1958, hiszen ekkor lett közigazgatásilag önálló település, és ekkor hoztak létre saját Községi Tanácsot. A község területét négy szomszédos településtől (Vörösberény, Papkeszi, Királyszentistván és Balatonkenese) elvett területekből hozták létre.

Fűzfőn egyre többen telepedtek meg, sokan nyaralók építésébe kezdtek. Ekkor még nem készült rendezési terv, csak úgy vaktában parcellázták fel a területeket, amely ma is meglátszik a helyenként megtalálható szűk utcákon is.

Az 1950-es évekre a gyártelepi városrész bekerített területe is kicsivé vált a munkáscsaládok számára, így elkezdték a festékgyári lakások és a munkásszálló megépítését a kerítésen kívül.

Balatonfűzfő 2000-ben kapta meg a városi rangot.