Kėdainių miesto istorija prasideda XIV amžiuje, kada 1372 m. Kėdainių miesto vardas buvo pirmą kartą paminėtas rašytiniuose šaltiniuose – Hermano Vartbergės "Livonijos kronikoje". Pasak legendos, Kėdainių pavadinimas kilęs iš turtingo pirklio Keidangeno, atvykusio iš Kuršo ir įkūrusio nedidelį žvejų ir žemdirbių kaimelį, vardo.

Archeologiniai tyrinėjimai liudija, kad Kėdainiai išaugo iš nedidelės žvejų ir žemdirbių gyvenvietės, įsikūrusios XIV amžiaus pradžioje dešiniajame Nevėžio upės krante, toje vietoje, kur dabar yra Didžiosios Rinkos aikštė. Kėdainiai pradėjo augti ir plėstis nuo XV amžiaus vidurio kaip svarbus regioninės prekybos centras. Tam buvo keletas svarbių priežasčių: XV amžiaus pradžioje per Kėdainius nusidriekė Kauno–Rygos, Vilniaus–Raseinių vieškeliai, o XV amžiaus viduryje Kėdainiai atitenka Radvilų giminės, nulėmusios tolimesnę miesto ateitį, atstovui Radvilai Astikaičiui. XV amžiaus pabaigoje Kėdainiai jau vadinami oppidum Keidany (lot. miestelis Kėdainiai). Tuo metu buvo pastatytas dvaras bei pirmoji gotikinė Šv. Jurgio bažnyčia (~1460), atsirado pirmoji turgaus aikštė – Senoji rinka. Kad Kėdainiuose būta turtingų žmonių, liudija aptiktas pirmųjų lietuviškų sidabrinių monetų lobis.

Valdant kunigaikščiui Jonui Radvilai XVI a. Kėdainiai septyneriems metams tapo Žemaitijos administraciniu centru. Po kunigaikščio Jono Radvilos (1542 m.) mirties Kėdainiai atiteko jo dukrai Onai Radvilaitei (1525–1600), kuriai ištekėjus už Vitebsko vaivados Stanislovo Kiškos, Kėdainiai atiteko Kiškų giminei. Šios giminės rūpesčiu nuo 1549 m. miestas tapo vienu pirmųjų ir aktyviausių reformacijos židinių LDK, o 1590 m. Kėdainiams buvo suteiktos Magdeburgo teisės, kuriomis miestas įgavo savivaldos teisę, buvo patvirtintas pirmasis Kėdainių herbas su Kiškų giminės simbolika. Ūkinę ir prekybinę veiklą pagyvino 1581 m. įkurtas laisvas uostas Skongalio priemiestyje.

Apie 1527 m. šalia Kėdainių, Babėnų dvare, gimė vienas iš lietuviškos raštijos pradininkų, katalikų kunigas Mikalojus Daukša (mirė 1613 m.). 1602 m. per Nevėžį pastatytas pirmasis medinis tiltas, kuriuo buvo sujungtos abi miesto pusės.

Nuo XVII amžiaus pradžios Kėdainiai vėl atitenka kunigaikščių Radvilų nuosavybėn. Šį kartą – Biržų–Dubingių šakos atstovams, kurie buvo ne tik turtingiausi ir įtakingiausi LDK, bet ir uolūs reformatai.

Kėdainius valdant dviem Lietuvos didiesiems etmonams ir Vilniaus vaivadoms – Kristupui Radvilai ir jo sūnui Jonušui Radvilai, miestas išgyveno ūkinį ir kultūrinį pakilimą, ir netrukus tapo vienu iš reformacijos centrų LDK.

1627 m. Kristupas Radvila patvirtino senąsias Kėdainių miesto laisves ir suteikė naująjį herbą. Tais pačiais metais buvo suteikta teisė Kėdainiuose laisvai įsikurti ir netrukdomai iš jų išvykti. Todėl mieste apsigyveno nemažai atvykėlių iš kitų LDK miestų, taip pat iš Lenkijos, Vokietijos ir Škotijos. Kristupas Radvila rūpinosi atvykėliais ir palankių mokesčių politika skatino jų įsikūrimą mieste. 1629 m. vakarinėje Kėdainių dalyje, pavadintoje Jonušava, apsigyveno vokiečiai evangelikai liuteronai. Jiems buvo padovanoti 2 margai žemės bažnyčios statybai, kuri iš pradžių buvo medinė, o nuo XVII amžiaus II pusės buvo pastatyta mūrinė.

Nuo XVII amžiaus vidurio Kėdainių Senosios rinkos prieigose įsikūrė žydai, kurių religinė bendruomenė (kahalas) ilgainiui tapo viena iš didžiausių Žemaitijoje. Senosios rinkos šiaurinėje dalyje žydai pastatė sinagogą, prie jos – ligoninę, įkūrė nemažai smuklių ir krautuvių, o amatininkai buvo susibūrę į cechą. Žydai buvo pavaldūs dvaro jurisdikcijai.

1648 m. pietinėje Kėdainių dalyje, prie Knypavos turgavietės įsikūrė rusų stačiatikiai. Miesto savininko Jonušo Radvilos antroji žmona Marija Mogilaitė buvo stačiatikė, todėl jos prašymu 1652 m. buvo pastatyta medinė stačiatikių cerkvė ir prie jos įkurtas vienuolynas. Vienuolyne gyveno tik keli vienuoliai, o pati bendruomenė buvo nedidelė, todėl ir didesnės reikšmės miesto ūkiniam ir visuomeniniam gyvenimui neturėjo.

Centrinėje miesto dalyje, prie pagrindinės Didžiosios pilies gatvės ir Didžiosios rinkos turgavietės gyveno evangelikai reformatai – į Kėdainius atsikėlę škotai, ieškoję savo "pažadėtosios žemės" – utopinės Antilijos. Kėdainių evangelikų reformatų bažnyčia (statyta 1631–1652) buvo globojama Radvilų.

Kairiojoje miesto pusėje, aplink Šv. Jurgio bažnyčią, nuo seno gyveno katalikai. Mieste gyvavo ir arijonų bendruomenė, kuri čia veikė viešai iki 1658 m., kai visi arijonai Seimo sprendimu buvo išvaryti iš LDK ir Lenkijos. XVII amžiaus viduryje Kėdainiai buvo įvairių tautybių ir religinių konfesijų miestas. Miestą valdė miestiečių renkamas Magistratas, kurio nariais galėjo būti visų tikybų ir tautybių miestiečiai.

Skirtingų religinių konfesijų miestiečius saugojo 1627 m. pasirašytas taikaus sambūvio principas. Tačiau Kėdainių gyvenime, vis dėlto, evangelikai reformatai užėmė išskirtinę padėtį. Radvilų rūpesčiu buvo sutelktos pagrindinės evangelikų reformatų bažnyčios, švietimo ir kultūros institucijos. 1625 m. įsteigta parapinė mokykla, kuri 1647 m. tapo gimnazija. 1651 m. prie gimnazijos įkurta Joachimo Jurgio Rhetto spaustuvė. Kėdainiuose dirbo žymūs lituanistikos veikėjai: Steponas Jaugelis-Telega (1600–apie 1666), Samuelis Tamašauskas (apie 1605–1650), Samuelis Minvydas (1602–1660), parengę pagrindinį XVII a. evangelikų reformatų leidinį lietuvių kalba "Kniga nobažnystės krikščioniškos", kuris 1653 m. buvo išspausdintas J. Rhetto spaustuvėje.  1641–1655 m., valdant Jonušui Radvilai, Kėdainiai buvo pasiekę didžiausią ūkinį ir kultūrinį suklestėjimą. Mieste veikė uostas, 6 turgavietės, 10 amatininkų cechų, gimnazija, spaustuvė, vaistinė, kelios ligoninės. Radvilų tolerancijos dėka mieste gyvavo 6 tautinės ir 6 konfesinės bendruomenės. 1652 m. Jonušas Radvila pabrėžė, kad miesto pagražinimui reikia pastatyti rotušę. Jis reikalavo, kad čia būtų statomi tik mūriniai namai. Iki 1655 m. karo su Rusija ir Švedija mieste buvo 19 gatvių ir 8 skersgatviai, apie 500 namų, 600 sklypų, gyveno apie 4 000 gyventojų. Miesto aukso amžių nutraukė 1654–1660 m. karas su Rusija ir Švedija. Rusijos kariuomenei okupavus beveik visą LDK, Kėdainiuose susikoncentravo politinis gyvenimas ir buvo sprendžiamas valstybės likimas. 1655 m. vasarą Kėdainiuose prasidėjusios derybos su Švedijos atstovais dėl LDK pasidavimo Švedijai, baigėsi 1655 m. spalio 20 d. pasirašytu aktu – Švedijos–Lietuvos sutartimi, vadinama Kėdainių unija. Deja, karai ir niokojimai paliko ryškius pėdsakus – miestas jau niekada nepasiekė XVII a. viduryje buvusio klestėjimo lygio.

Nuo 1659 m. Kėdainius valdė Jonušo Radvilos pusbrolis Boguslavas Radvila (1620–1669) – paskutinis Radvilų Biržų ir Dubingių giminės atstovas.

XVIII a. pradžioje prasidėjo Šiaurės karas, švedai susprogdino Radvilų dvarą, stovėjusį netoli dabartinio Kultūros centro. Kaip tik šiame dvare 1655 m. buvo pasirašyta garsioji unija su švedais.

XVIII a. pradžioje keitėsi miesto konfesinė situacija: į Kėdainius pradėjo skverbtis vienuoliai karmelitai. Katalikai pamažu atgavo savo pozicijas. Miesto viduryje karmelitai pastatė medinę Švč. Mergelės Marijos Paaukojimo bažnyčią (dab. šv. Juozapo) ir prie jos įkūrė vienuolyną. Po 1831 m. sukilimo vienuolynas buvo uždarytas, jo patalpose įsikūrė carinės kariuomenės kareivinės.

Nuo XVIII a. pradžios Kėdainiuose pradėjo aktyviai veikti išaugusi ir padidėjusi žydų bendruomenė. 1727 m. iš Vilniaus į Kėdainius studijuoti Talmudą atvyko Elijahu ben Solomonas Zalmanas, vėliau visame pasaulyje išgarsėjęs Vilniaus Gaono Elijahu vardu.

XVIII a. pabaigoje, žlugus Abiejų Tautų Respublikai, visi LDK miestai neteko savivaldos, iš jų – ir Kėdainiai. 1811 m. Kėdainiai atitenka grafų Čapskių nuosavybėn. Marijonas Čapskis dešiniajame Dotnuvėlės upės krante, dvaro sodybos vietoje, pastatė trijų aukštų mūrinius rūmus, kuriuos puošė įspūdingas bokštas, oranžerija ir gražus parkas. Po 1863 m. sukilimo M. Čapskis buvo apkaltintas sukilimo rėmimu, Kėdainių dvaras buvo konfiskuotas. 1866 m. dvaras atiteko rusų armijos generolui, karo inžinieriui grafui Eduardui Totlebenui (1818–1889). Jis iš pagrindų rekonstravo dvaro rūmus, išplėtė parką, pastatė jame daug skulptūrų. Šiaurinėje parko dalyje, Krymo ir Balkanų karams atminti, pastatė dailų minaretą, puošiantį parką iki šiol. Valdant grafui E. Totlebenui, 1886 m. dvaras buvo atskirtas nuo miesto. Kėdainiai trumpam vėl atgavo savivaldą.

XIX a. pabaigoje pagyvėjo ūkinis miesto gyvenimas: plėtėsi pramonė, atsirado odos ir kartono fabrikai, malūnai, plytinė, pieninė. Kėdainių daržininkai, daugiausia žydai, pradėjo auginti agurkus, ir nuo tada Kėdainiai pradėjo garsėti kaip agurkų augintojų kraštas.

1919 m. vasario 7–11 d. prie Kėdainių vyko pirmosios nepriklausomybės kovų kautynės, kuriose žuvo mūsų kraštietis Povilas Lukšys – pirmasis žuvęs Lietuvos savanoris. Kautynės prie Kėdainių sustabdė Raudonosios armijos puolimą laikinosios sostinės – Kauno link.

Nepriklausomybės metais Kėdainiai tapo apskrities centru ir buvo priskirti pirmos eilės miestų kategorijai. Mieste buvo pastatyti modernios architektūros pastatai: apskrities ligoninė, gimnazija, bankas. Veikė Mokytojų seminarija (vėliau – Aukštesnioji kultūrtechnikų mokykla), muziejus, biblioteka, spaustuvė.

1941 m. birželio 14 d. daugelis miesto ir apylinkių gyventojų buvo ištremta į Sibirą. Tų pačių metų rugpjūčio 28 d. naciai ir jų talkininkai sušaudė 2076 Kėdainių žydus, sunaikino daugiau kaip 300 metų gyvavusią jų bendruomenę.

1944 m. besitraukdama vokiečių kariuomenė susprogdino buvusius grafo E. Totlebeno rūmus, gimnaziją, apskrities ligoninę, bankus, tiltus. Pokario metais Kėdainių apylinkėse vyko partizaninė kova. Aplinkiniuose miškuose veikė "Vyties", "Kęstučio", "Prisikėlimo" apygardų partizanų būriai.

Šeštame ir septintame dešimtmečiuose Kėdainiai tapo svarbiu pramonės centru. Mieste buvo pastatytas Chemijos kombinatas, biochemijos, metalo konstrukcijų, elektros aparatūros gamyklos, cukraus fabrikas ir grūdų kombinatas.

Miesto industrializavimas ir apylinkių kolektyvizavimas turėjo skaudžių pasekmių istoriniam krašto paveldui. Senamiestyje išaugo tipiniai daugiabučiai pastatai, bažnyčios buvo paverstos sandėliais ir sporto salėmis. Ypač buvo nuniokoti senieji apylinkių dvarai ir vienkiemiai.

1991 m. sausio 13 d., sovietinės armijos agresijos metu, Vilniuje žuvo du kėdainiečiai: Alvydas Kanapinskas ir Vytautas Koncevičius. Jie palaidoti miesto kapinėse, o jų vardais pavadintos gatvės Kėdainiuose ir Pelėdnagiuose.

1992–1993 m. iš Kėdainių pasitraukė sovietinė kariuomenė.

Dabar Kėdainiai yra svarbus pramonės ir tranzito centras, užimantis 25,5 kv. km plotą. Mieste gyvena 24 000 gyventojų.

Kėdainių senamiestis – valstybinės reikšmės urbanistinis paminklas, gausiai lankomas turistų. Tai vienas iš septynių išlikusių senamiesčių Lietuvoje. Senamiestyje įsikūrę kavinės, restoranai, viešbučiai, muziejai, firminės suvenyrų, maisto produktų, meno dirbinių krautuvėlės.