Во второй половине XVI века появилось селение Алабуга, которое было названо в честь тюркского личного имени «Алабуга» («пёстрый бык»), либо в честь названия близлежащего озера «Алабуга» («окунь-рыба») на татарском языке. С ростом числа русского населения, в деревне появилась церковь, и на этом месте село переименовали в Трехсвятское, а также использовали татарское название в искаженной форме «Елабуга».
Елабуга возникла на рубеже X-XI веков как поселение городского типа и сформировалась к 1005-1010 годам. Старинная мечеть Ак-мечеть была сооружена в XII веке, имея восемь башен и полубашен. Она была конструктивно похожа на мечети в Биляре-Болгаре и Болгаре, а также на мечети-крепости в Сусе и Багдаде. В настоящее время, это единственное частично сохранившееся наземное сооружение домонгольской эпохи. Археологические раскопки последних лет позволяют рассматривать древнюю Алабугу в числе булгарских городов, существовавших в еще домонгольский период.
В 1780 году, Екатерина II выпустила указ, в соответствии с которым Елабуга получила статус уездного города Вятской губернии. В это время здесь проживало около 1 000 жителей и менее 400 домов.
Во второй половине XIX века, династия купцов-промышленников Ушковых стала основателем химических заводов в Прикамье. Они построили первый химический завод в Кокшане в 1850 году. Компания Ушковых стала одной из крупнейших в России, производя разнообразные химические продукты, от продуктов питания до резиновых изделий. В настоящее время, Елабуга является важным промышленным центром в Татарстане.
В начале двадцатого века население города составляло 10 000 человек, из которых более 600 были купцами, включая 12 миллионеров. Самой известной династией купцов была Стахеевых, которая владела крупнейшими торговыми домами «И. Г. Стахеев и сыновья» и «Г. И. Стахеев и наследники» с ежегодным оборотом до 150 миллионов рублей. Кроме того, Стахеевы поставляли хлеб в различные регионы России и в страны Европы. Также они контролировали хлебный рынок Прикамья и имели огромный капитал, включая золотые прииски в Западной Сибири, нефтяные промыслы, собственные пароходства, заводы и фабрики.
Также успешно занимались торговлей и закупками купцы Гирбасовы. Их торговый дом «Ф. П. Гирбасов с сыновьями» закупал ежегодно 510 тысяч пудов хлеба и имел свои биржи. Хлеб продавался в Рыбинске, Нижнем Новгороде и Санкт-Петербурге.
В 1921 году Елабужский уезд был разделен на две части: южная — Елабужский кантон — была передана в состав Татарской АССР, а северная — Можгинский уезд — в состав Вотской АО.
Елабуга была центром Елабужского кантона с 1921 по 1928 годы, а затем центром Елабужского района Татарской АССР с 10 августа 1930 года. В 1925—1926 гг. первый абсолютный чемпион России по боксу Нур Алимов возглавлял исполком Елабужского кантона.
После Второй мировой войны вблизи города были обнаружены крупные месторождения нефти, такие как Первомайское, Елабужское, Красноборское и др. В 1961 году было создано управление по добыче нефти и газа «Прикамнефть» в Елабуге.
В 1985 году было принято решение о создании Камского тракторно-технического завода двойного назначения у города Елабуга, рядом с рекой Кама, с целью выпуска тракторов и, при необходимости, танков. Однако, вскоре после этого решения стало ясно, что спрос на эти типы машин снижается как в народно-хозяйственном, так и в военно-стратегическом секторах. В связи с этим в 1988 году Камский завод был перепрофилирован в завод легковых автомобилей под названием Елабужский автомобильный завод (ЕлАЗ), который был приравнен по масштабу к АвтоВАЗу.
Однако, создание ЕлАЗа потребовало значительных изменений в инфраструктуре города Елабуга. Рабочим и их семьям пришлось бы переехать в Елабугу, что должно было привести к резкому увеличению населения города до 300-400 тысяч человек, сделав его третьим по величине городом республики. Были построены новые жилые кварталы, а также запущен скоростной трамвай, связывающий их с промплощадкой завода и городом Набережные Челны.
Однако, вскоре после создания ЕлАЗа плановая социалистическая экономика начала распадаться, что привело к тому, что завод не смог реализоваться в задуманном виде. Вместо этого ЕлАЗ стал заниматься малосерийным лицензионным производством иностранных автомобилей.