Название городу и речку Купянке дали торфяные горбочки – купины, которыми в древние времена была густо усеяна долина, пересекающая нынешний город.
Слобода Купянка Харьковского полка была основана в 1655 году для защиты украинского народа от крымско-ногайских набегов; в 1685 году вошла в состав Изюмского полка и была названа городом. В 1780 году город Купянск вошел в состав Воронежского наместничества, а в 1781 году по указу Екатерины II был принят первый Герб города.
В 1797 году Купянск снова вошел в состав Слободско-Украинской губернии с центром в Харькове; большую часть населения города составляли военные обыватели, а основным занятием для большинства сельского и городского населения служило земледелие, торговля, ремесла и кустарные промыслы.
В 1807 году было открыто Купянское просветительное училище, на базе женского отделения которого в 1872 году открылась женская гимназия. К концу XIX века в ведомости Купянского земства было 43 учебных заведения, среди которых духовное (1819г) и ремесленное (1886г) училища.
В 1895 году вблизи города Купянска прошла железнодорожная линия Балашов-Купянск-Харьков и ветка Лисичанск - Купянск; начал строиться железнодорожный узел, а на месте хутора Лактионовка вырос поселок железнодорожников Купянск – Узловой. В 1901 году окончательно вошел в строй участок Купянск – Белгород и Купянск стал узлом 4-х направлений.
Для обслуживания пассажирских, товарных и пригородных поездов на Купянском узле в первые годы его формирования было построено 3 локомотивных депо. В 1952 году было построено новое паровозное депо на станции Купянск-Сорт., которое с 1975 года стало главным и единственным на узле, а ныне является основным ремонтным пунктом всех электровозов переменного тока ЮЖД.
В 1904 году в юго-восточной части города был основан известковый завод, в 1905 году частными предпринимателями был основан пивзавод, а в 1911 году вблизи станции Купянск-Узловая был построен силикатный завод. В 1931 году на Заосколье началось строительство сахарного завода, который в 1937 году дал первую продукцию; в 1938 году был основан районный комбинат легкой промышленности, а в 1954 году – швейная фабрика.
Мастерские при Александровском ремесленном училище в 1939 году были переименованы в механоремонтные мастерские, в 1955 году – в механический завод, а с 1958 года - это Купянский машиностроительный завод. В 1957 году в городе были построены мясокомбинат и молочно-консервный завод, а в 1963 году в 15 км от Купянска, возле хутора Ковшаровка началось строительство литейного завода – филиала Харьковского моторостроительного завода «Серп и молот», на котором первая плавка была произведена в 1966 году.
В годы Великой отечественной войны Купянск был оккупирован фашистами с 24 июня 1942 года по 3 января 1943 года.
В конце декабря 2000 года была утверждена новая символика Купянщины – герб, гимн и флаг.
В 2009 году открылся новый вокзальный комплекс на станции «Купянск-Узловой» - на месте одноэтажной постройки появился трехэтажный вокзал, реконструированы две платформы. От Купянского железнодорожного узла колеи расходятся в пяти направлениях: Купянск – Харьков, Купянск – Волчанск, Купянск – Валуйки, Купянск – Сватово, Купянск – Славяногорск.
