Nevét a kézenfekvő tőszámnév helyett a besenyő-török eredetű chatwan/chatmanból valószerű származtatni; jelentése „töredéknép, résznép”: a magyarországi besenyőket az ország különböző részein telepítették le, akik identitásukat és együvé tartozásukat új hazájukban a Hatvan helységnév által tartották fenn.

Az 1170-es években premontrei szerzetesek telepedtek meg a mai város területén. Az itt alapult kolostor lassan kisebb térségben jelentőssé vált, a település első írásos említése is tőlük való 1235-ből. A szerzetesek jelentős vívmánya volt a környékbeli mocsarak lecsapolása és a korszerű földművelési formák meghonosítása. A jó életkörülmények megjelenésével a 13. században egyre többen vándoroltak Hatvanra, amelynek legjelentősebb birtokosai a Hatvaniak lettek.

1335 után, a visegrádi királytalálkozót követően a település jelentősége nagyban növekedett, mivel a Buda–Krakkó kereskedelmi út itt húzódott. I. (Nagy) Lajos királynak többször szállást adó Hatvan végül 1406-ban nyerte el a mezőváros címet. Miután Mohamed budai pasa 1544-ben hadjáratot indított, Hatvan frissen (1523–1544 között) épült várát feladták, Egerbe menekültek, így az 1544-től a törököknek adózott. A várost egy szandzsák központjává tették, így egyre több lett a török a városban, és a 17. században a magyar őslakosság már kisebbségbe szorult.

A török várost komoly várrendszerrel vették körül, nyolcbástyás palánkvárt építettek a mostani Grassalkovich-kastély helyén állhatott, a várost pedig egy másik, külső cölöpfallal oltalmazták.  A tizenöt éves háborúban 1596-ban Miksa főherceg csapatai három hetes ostrom után vette be a várat. Azonban a fősereggel szemben feladták, és Esztergom felé vonultak vissza. A törökök helyreállították a védműveket. A török uralom 1686-ban ért véget, amikor a császári hadak elől a védők harc nélkül a jobban védhető Egerbe menekültek.

Hatvanba a 17 – 18. században az ország többi vidékéről leginkább jobbágyok települtek. Fő feladatuk a török időkben leromlott földek feljavítása volt. Hatvan a Rákóczi-szabadságharc idején komoly szerephez jutott, mivel II. Rákóczi Ferenc 1703-ban elrendeltette a vár megerősítését. A fölöslegessé vált védműveket valószínűleg az új földesúr romboltatta le – ő 1711-ben vásárolta meg a királytól a hatvani uradalmat.

Grassalkovich I. Antal herceg 1734-ben, kétszázezer forintért vette meg a hatvani birtokot.  Német mesterembereket telepített a városba, és a magyarokénál több kedvezményt, mentességet adott nekik. A Grassalkovichok idővel rengeteg adósságot halmoztak fel, ezért az uradalmat 1827-ben zárgondnokság alá vették. A Grassalkovich család 1841-ben Grassalkovich III. Antallal kihalt. Eladták egy bankárnak, báró Sina Györgynek. Később az ő fia, báró Sina Simon birtoka lett, majd egy belga konzorcium tulajdonába került.

Hatvan komoly fellendülése 1867-ben kezdődött, mivel ekkor építették a Pest–Hatvan–Losonc–Zólyom–Besztercebánya–Ruttka vasutat. A vasútépítés hatására Deutsch Ignác még 1867-ben, megvette a brüsszeli banktól a Grassalkovich család egykori hatvani uradalmát a teljesen leromlott állapotú kastéllyal. 1879-ben, amikor a király nemessé ütötte fiait, erről a birtokról kapták a „hatvani” előnevet.

1873-ban Hatvan nagyközséggé alakult. A dualizmus gazdasági fellendülésének hatására 1867 és 1914 között a város lakossága szinte megháromszorozódott. 1919. augusztus 3-án a bevonuló román hadsereg kivégeztetett ötven vöröskatonát. Az ellenforradalmi rendszer konszolidációja után Hatvan fejlődése lelassult, ám az életszínvonal kissé javult. 

A második világháború alatt Hatvanban gettót alakítottak ki, majd egy gyűjtőtábort is létrehoztak a cukorgyár területén. 1944. szeptember 20-án angol-amerikai bombázók porig rombolták a pályaudvart és környékét. 1944 novemberében 25.-én Vörös Hadsereg elfoglalta a várost. Az újjászervezés részeként Hatvant várossá alakították.