En Coatepec existen vestigios de ocupación desde el periodo preclásico, en el sitio conocido como Campo Viejo, aunque a la llegada de los españoles estas tierras estaban pobladas de forma dispersa por indígenas de etnia totonaca, sometidos al imperio de la Triple Alianza.
También existía un asentamiento llamado Coatepec Viejo, a unos doce kilómetros de la ciudad actual, encaramado en las faldas del Cofre de Perote. Alrededor de 1600 toda esta población es congregada por religiosos franciscanos, con el nombre de San Jerónimo Coatepec. En 1702, a iniciativa del gobernador de indios Luis de San José y el capellán Pedro Jiménez del Campillo, se traza el pueblo en el lugar que hoy ocupa.
Durante la colonia, la economía regional girará en torno a la producción de azúcar y ganadera, destacando el papel de las haciendas y su régimen latifundista. En el siglo XVIII se implanta con éxito el cultivo del tabaco, aunque el monopolio de la Corona española terminó sofocando a los productores. A principios del siglo XIX inicia el cultivo del café, que propició el auge económico de la población.
Ya en el México independiente, se convierte en cabecera de cantón en 1845 y gana el título de villa en 1848, otorgado por el gobernador Juan Soto como reconocimiento a la destacada participación de sus habitantes en la lucha contra la invasión norteamericana de 1847. En 1886 el gobernador Juan de la Luz Enríquez la eleva al rango de ciudad.
En 1845, a iniciativa del empresario Ramón Zangroniz comienza la construcción de una línea de ferrocarril de tracción animal entre Xalapa y Coatepec, que comenzaría a dar servicio en 1847. En 1898 el presidente Porfirio Díaz inaugura la línea de ferrocarril a vapor Xalapa – Teocelo, construida para facilitar la exportación de los productos regionales. Este tren, que entre la población recibió el nombre de El piojito, prestó sus servicios hasta 1945, año en que fue desmantelado.
Las políticas porfiristas de modernización económica del país favorecieron a las haciendas de la región, permitiéndolas crecer a costa de las tierras comunales. Tras la revolución, muchas de ellas fueron expropiadas. Los campesinos, ahora propietarios, comenzaron a producir café, o caña para su venta a los ingenios de Tuzamapan y Mahuixtlán. El primero fue gestionado por los ejidatarios hasta su cierre en 1953, restando en funcionamiento el segundo, fundado por la familia Dondé.
A lo largo del siglo XX la ciudad creció como centro regional en su vocación comercial y de servicios, y su producción agrícola, si bien ha estado basada fundamentalmente en el café, se ha orientado también hacia los cítricos y el azúcar, en función de las propias condiciones regionales y de factores internacionales, como las oscilaciones de la demanda y de los precios del grano.