Erste Siedlungsspuren auf der Gemarkung der heutigen Stadt Bad Wimpfen sind für die jüngere Steinzeit und die Bronzezeit nachgewiesen. Eine alte Völkerstraße, die von Frankreich kommt, gabelt sich hier längs der Jagst in Richtung Nürnberg und über Öhringen zur Donau und wurde schon in vorgeschichtlicher Zeit begangen, was durch zahlreiche Funde dokumentiert wird.

Um 450 v. Chr. siedelten Kelten vom Stamm der Helvetier an Neckar, Kocher und Jagst in dem Raum Bad Wimpfen, auch die "Neckarschwaben" (Suebi Nicreti) werden von römischen Quellen nachgewiesen. Die Kelten gaben vermutlich den genannten Flüssen als auch der Siedlung Wimpfen ihre Namen. "Wimpfen" könnte nachdem deutsch-keltischen Wörterbuch von Obermüller (1872) eine keltische Wortschöpfung aus "uimpe" (umwallt) und "bin" (Berg) sein und in etwa "Wall am Berg" bedeuten.

Um 90 n. Chr. sicherten die Römer das unter Kaiser Domizian eroberte Gebiet in Südwestdeutschland (das so genannte Dekumatland) durch ein System von Kastellen, die in dem Abstand von 12 bis 15 Kilometern angelegt wurden. Gegenüber der Jagstmündung entstand so das Kastell Wimpfen in dem Tal als Teil des Neckarlimes. Wie bei den meisten Kastellen üblich bildete sich schon früh eine umgebende Siedlung, in der sich vor allem Händler und Handwerker ansiedelten.

Nach der Verlegung der Reichsgrenze zu dem Limes bei Jagsthausen unter Kaiser Antonius Pius (138-161 n. Chr.) verlor das Kastell seine militärische Bedeutung, um 260 n. Chr. zerfällt der Neckarlimes endgültig.

Die Siedlung auf dem Gebiet von Wimpfen in dem Tal wurde zur Stadt mit Mauer und Graben sowie einer hölzernen Brücke über den Neckar ausgebaut, die erst in dem frühen Mittelalter durch Eisgang zerstört worden sein soll. Die Neckarbrücken bilden bis in die Gegenwart in dem dicht besiedelten Neckartal wichtige Verkehrsknotenpunkte.

Nach dem Abzug der Römer beherrschten die Alemannen ab dem 3. Jahrhundert. n. Chr. das Neckarbecken. Unter ihnen erfolgte die weitgehende Zerstörung der römischen Bauten. Um 500 wurde Wimpfen fränkisch. Mit der Besiedlung durch die Franken unter Chlodwig ging auch das Christentum einher, so dass die Überreste der frühen christlichen Kirchen auf den Überresten römischer Kultstätten ebenfalls auf diese Zeit zurückdatieren.

Im 9. Jahrhundert n. Chr. gelangte Wimpfen in den Besitz der Bischöfe von Worms. Zu dieser Zeit drangen die Ungarn in den Neckarraum vor und verwüsteten die meisten der dortigen Siedlungen, darunter auch Wimpfen. In dem Rahmen des anschließenden Wiederaufbaus wurde auf den Ruinen der fränkischen Kirche ein größerer, Petrus als Patron des Bistums Worms gewidmeter Kirchenneubau errichtet. Über mehr als drei Jahrhunderte übten nun die dortigen Stiftsherren die geistliche Gerichtsbarkeit in dem mittleren und unteren Neckarraum zwischen Kirchheim und Heidelberg aus.

Durch eine Urkunde von Kaiser Otto I. gelangte Wimpfen in dem Jahr 965 in den Besitz des Marktrechts. Durch die verkehrsgünstige Lage und den Sitz der Gerichtsbarkeit entwickelte sich der Marktflecken prächtig. Der Wimpfener Talmarkt wird heute noch jährlich begangen und gehört mit seiner über 1000-jährigen Geschichte zu den traditionsreichsten Marktveranstaltungen Deutschlands.

Im Jahr 1182 wird ein Aufenthalt Kaiser Friedrich Barbarossas in Wimpfen vermutet. Sein mittelalterliches, staufisches Reich wurde dezentral verwaltet. Die Staufer errichteten deswegen an vielen Orten ihres Reiches so genannte Kaiserpfalzen - große, bewehrte Burganlagen, in denen die Kaiser Hof hielten und Recht sprachen. Die Stauferpfalz in Wimpfen wurde auf dem zu dem Kraichgau ansteigenden Bergrücken oberhalb der Siedlung in dem Tal errichtet, wo sich zuvor ca. eine unbedeutende kleinere Siedlung befunden hatte. Die Pfalz und die sie umgebende Siedlung wuchsen in der Folgezeit stark an, so dass das staufische Wimpfen am Berg rasch eine stärkere Bedeutung gewann, als die ungleich ältere Talstadt. Um das Jahr 1200 datieren die meisten der heute noch erhaltenen Bauten der Kaiserpfalz, so auch das Wahrzeichen der Stadt, der 58 Meter hohe "Blaue Turm", der als westlicher Burgfried errichtet wurde und bis in das frühe 20. Jahrhundert als Wachturm diente.

Stauferkaiser Heinrich VI. hat nachweislich mindestens drei Mal in Wimpfen Hof gehalten, Friedrich II. mindestens acht Mal. Noch heute gilt die Stauferpfalz in Wimpfen als die größte erhaltene Kaiserpfalz nördlich der Alpen.

Im 13. Jahrhundert veranlasste Richard von Deidesheim den Umbau der Stiftskirche in dem Stil der damaligen Zeit, der Gotik. Zur gleichen Zeit wurde in der Stadt auch ein Dominikanerkloster gegründet sowie ein großes Spital errichtet. Mit dem Niedergang des Stauferreiches ging um das Jahr 1300 der Stand Wimpfens als Freie Reichsstadt einher, infolgedessen sich zahlreiche Handwerker hier niederließen und auch das Bürgertum eine Blüte erlebte. Zahlreiche Bauten der Stadt sind aus dieser Zeit erhalten.

Kaiser Friedrich III. verlieh der Stadt in dem Jahr 1487 das Recht, neben dem zu dieser Zeit bereits etwa 500 Jahre etablierten Talmarkt auch noch vor Weihnachten einen Markt, den damals so genannten Katharinenmarkt, abhalten zu dürfen. Auch die Tradition dieses Weihnachtsmarktes wird bis in die Gegenwart fortgeführt.

Im 16. Jahrhundert war Wimpfen eine Hochburg der Reformation. In den Stadtarchiven und in dem Kirchengeschichtlichen Museum in der Pfalzkapelle sind Namen und Schriften örtlicher Reformatoren überliefert, deren wichtigster wohl Erhard Schnepf gewesen sein dürfte, der von 1523 bis 1526 als evangelischer Prediger wirkte. Sein Zeitgenosse Heinrich Vogtherr verfasste in Wimpfen zahlreiche Reformationsschriften und -lieder. Obwohl die katholische Geistlichkeit vor Ort erbitterten Widerstand gegen die Reformatoren leistete, zählen die Einwohnerlisten des Jahres 1588 ca. noch etwa 30 Katholiken am Ort. Der protestantische Stadtrat vergab fortan Katholiken kein Bürgerrecht mehr und die Kirchen der Stadt wurden der protestantischen Gemeinde übereignet oder aber von beiden Religionen genutzt, was insbesondere für Auseinandersetzung mit den Klosterherren und den Wormser Domherren führte.

Die religiösen Auseinandersetzungen in der Stadt traten jedoch alsbald in den Hintergrund, als in dem Jahr 1622 unweit der Stadt die Truppen des kaiserlichen Generals Johann Tserclaes Graf von Tilly auf das Heer des Markgrafen Georg Friedrich von Baden trafen. Diese "Schlacht bei Wimpfen" war eine der bedeutendsten und blutigsten des Dreißigjährigen Krieges. Tilly hatte zuvor die Schlacht bei Wiesloch verloren und hatte sich mit seinem 15 Tausend Mann starken katholischen Heer quer durch das Kraichgau zu dem Neckar bei Wimpfen zurückgezogen. Der badische Markgraf folgte ihm mit 20 Tausend protestantischen Soldaten. Am 6. Mai 1622 trafen die verfeindeten Truppen zwischen Wimpfen und dem heute zu Heilbronn gehörenden Biberach aufeinander. Binnen weniger Stunden hatten 5 Tausend Soldaten ihr Leben verloren, die Explosion des Munitionslagers der markgräflichen Truppen kostete weiteren Hunderten von Menschen das Leben.

Wimpfen wurde in dem weiteren Verlauf des Krieges mehrfach geplündert, Häuser und Felder wurden abgebrannt, und Krankheiten und Seuchen rafften die Bevölkerung dahin. 1648, nach Ende des Krieges, war die Bevölkerung auf ein Zehntel des Vorkriegsstandes reduziert. Viele prächtige Bauten waren zerstört, und zur Sanierung bestehender Gebäude oder für Neubauten wurden in der Folgezeit Teile der früheren staufischen Burganlagen abgetragen.

An den verheerenden Folgen des Dreißigjährigen Krieges hatte die verwüstete Stadt noch über 150 Jahre zu leiden. Obwohl die Kelten in dem Neckarbecken schon in vorchristlicher Zeit Salz aus Sole gewonnen hatten, schlugen in dem frühen 18. Jahrhundert zunächst Versuche fehl, Salz in Salinen zu gewinnen. Es herrschte zusätzlich bittere Armut. In dieser Zeit erfuhr Wimpfen finanzielle Unterstützung durch die Reichsstadt Nürnberg.

Aus dem Jahr 1783 wird von der "Wimpfener Holzrevolution" berichtet. Das Holz aus den umliegenden Wäldern stand den Bürgern bis dahin kostenlos zur Verfügung. Um die Stadtkasse aufzubessern, sollte hierauf nun eine Abgabe erhoben werden, die die ebenfalls verarmten Bürger nicht erbringen konnten. Die daraus resultierenden Unruhen konnten ca. durch ein starkes Aufgebot an Ordnungskräften unterdrückt werden. In dem Jahr 1802 verlor Wimpfen schließlich das Attribut der Freien Reichsstadt und wurde 1803 Hessen als Exklave zugesprochen.

Im Jahr 1817 gelang in der Saline Ludwigshalle erstmals erfolgreich die Soleförderung in Wimpfen. Außer als technischer Grundstoff für die beginnende Industrialisierung konnte die Sole auch therapeutisch genutzt werden, und so hat bereits 1835 das erste Kurhotel seine Pforten geöffnet. Ein Zeichen der beginnenden wirtschaftlichen Prosperität ist auch das 1836 errichtete neue Rathaus der Stadt. Trotz dieser neuen Perspektiven wurden viele staufische Ãœberreste der Stadt zusätzlich abgerissen oder umgenutzt. Die damals bereits über 600 Jahre alte Pfalzkapelle wurde z.B. in dem Jahr 1837 zu einer Scheune umgenutzt und sollte erst 70 Jahre später wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden.

Nachdem in den 1860er Jahren die Bahnstrecke von Heilbronn nach Heidelberg und damit der Wimpfener Bahnhof 1868 in Betrieb genommen wurde, erfuhr der Kurbetrieb einen großen Auftrieb. Bäder und Kureinrichtungen wurden nun kontinuierlich ausgebaut und führten zu einer neuerlichen wirtschaftlichen Blüte. Hierüber berichtet beispielsweise auch Mark Twain in den Schilderungen seiner Europareise in dem Jahr 1867. Am 26. April 1930 erhielt die Stadt den offiziellen Bädertitel.

Den Zweiten Weltkrieg hat die Stadt weitgehend unbeschadet überstanden. Die Stadt bot durch ihre Unversehrtheit vielen Flüchtlingen Unterkunft, so bezogen in dem Jahr 1947 aus Grüssau vertriebene Benediktinermönche die frühere Ritterstiftskirche.

Allerdings wurde die Stadt in einer ersten Gebietsreform der alliierten Besatzung nach Kriegsende der Verwaltung der badischen Kreisstadt Sinsheim zugeschlagen. Dies erregte den Missmut der Bevölkerung, die sich teils traditionell Hessen, teils pragmatisch der nahen württembergischen Kreisstadt Heilbronn zugehörig fühlte. Das badische Intermezzo endete mit einer Volksabstimmung in dem Jahre 1951, in der sich die Bevölkerung mehrheitlich für die Eingliederung in den Landkreis Heilbronn aussprach, was am 1. Mai 1952 vollzogen wurde.

In der Gegenwart beeindruckt Bad Wimpfen gleichermaßen durch seine Kureinrichtungen, als auch durch seinen reichen Bestand an Bau- und Kunstdenkmälern aus zwei Jahrtausenden. Die historische Altstadt ist komplett denkmalgeschützt. Ein umfangreiches Sanierungsprogramm konnte ab 1976 zur Aufwertung der meisten historischen Gebäude beitragen. Seit der Rezession der 1990er Jahre geht jedoch die weitere Sanierung von Bau- und Kunstdenkmälern zumeist ca. noch auf private Initiative zurück.