Первое упоминание Чернобыля относится к событиям 1193 года. В середине XV века, когда эти земли контролировало Великое Княжество Литовское, по соседству с Чернобылем был построен замок, отделенный от поселения глубоким рвом, сохранившимся до наших дней. В начале XVI века замок был реконструирован, превращен в хорошо укрепленную и труднодоступную крепость, а город Чернобыль стал уездным центром.

В 1793 году вошёл в состав Российской империи. До XX столетия был заселен евреями, а также украинскими и польскими крестьянами. В 1898 население Чернобыля составляло 10 800 человек, из которых 7 200 — евреи.

Евреи были расселены в Чернобыле Филоном Кмитой в рамках польской колонизации. После присоединения в 1596 к Польскому королевству традиционное украинское православное крестьянство принуждалось переходить в католичество. Православие было восстановлено только после завоевания Московским княжеством.

Во второй половине XVIII века Чернобыль становится одним из главных центров хасидизма. Чернобыльская хасидская династия была образована раввином Менахемом Нахумом Тверским. Еврейское население сильно пострадало от погромов в октябре 1905 и марте-апреле 1919, когда множество евреев было ограблено и убито черносотенцами. В 1920 династия Тверского покинула город и Чернобыль перестал быть важным центром хасидизма.

Во время Первой мировой войны был оккупирован, затем являлся местом сражений в Гражданской войне. Во время Советско-польской войны был сначала занят Польской армией, а затем отбит кавалерией Красной армии. В 1921 включен в состав Украинской ССР.

По приказу Сталина Польская община Чернобыля была депортирована в Казахстан в 1936. Оставшаяся в городе после 1919 года немногочисленная Еврейская община была полностью уничтожена во время немецкой оккупации 1941—1944. День освобождения — 17 ноября 1943 года

В 1970-х годах в 10 км от Чернобыля была сооружена первая на Украине атомная электростанция.

В 1985 была введена в строй Загоризонтная РЛС Дуга — объект Чернобыль-2.

26 апреля 1986 года на четвёртом энергоблоке Чернобыльской АЭС произошла авария, ставшая крупнейшей катастрофой в истории атомной энергетики. Все жители города после этого были эвакуированы, однако некоторые впоследствии вернулись в свои дома и сейчас живут на заражённой территории.

После распада СССР в 1991 — в составе независимой Украины.

В 2006 году Американской некоммерческой научно-исследовательской организацией Институт Блэксмита был опубликован список самых загрязнённых мест на планете, в котором Чернобыль оказался в первой десятке.