Fundada el 15 de Julio de 1689 por pobladores de la región costera de San Juan de los Remedios que huían de los constantes ataques de corsarios y piratas, viene a ocupar el centro de la isla, lo que también le valió el nombre de Cubanacán.
La ciudad capital Santa Clara alcanzó en 1867 la condición de ciudad.
En el siglo XIX, cuando la mayoría de los ingenios de la parte occidental de Cuba fueron equipados con máquinas de vapor y se valían del transporte ferroviario, los terratenientes de la región central de Cuba, con menos recursos económicos, afrontaban grandes dificultades para tecnificar sus ingenios, de ahí que la región de Villa Clara viera disminuir sus posibilidades de desarrollo.
Durante la Guerra de los Diez Años, los villareños batallaron sin tregua ni reposo, de manera que al firmarse el glorioso Pacto del Sanjón siguieron peleando un tiempo más y contribuyeron con su actitud a la enérgica Protesta de Baraguá. En consecuencia, en 1895 los villareños demostraron ser una de las fuerzas más heroicas de la guerra: Santa Clara, Remedios y Camajuaní, aportaron desde el inicio de esta guerra fuertes partidas de rebeldes que luego aumentaron y se multiplicaron. Allí se destacaron Leoncio Vidal y Juan Bruno Zayas entre otros valientes.
En la República Neocolonial, Villa Clara tuvo un papel importante en las luchas obreras, sobre todo a favor del Diferencial azucarero.
En la lucha revolucionaria que precedió al triunfo de la revolución en 1959 muchos fueron sus mártires, entre ellos: Julio Pino Machado, Agustín Gómez Lubián, Osvaldo Herrera y otros jóvenes estudiantes.
La invasión realizada por Ernesto "Ché" Guevara y Camilo Cienfuegos alcanzó notables victorias.
Durante la batalla de Santa Clara se libraron intensos combates desde el día 29 de Diciembre de 1958. Un grupo de cien hombres atacó a los soldados atrincherados en las lomas de Capiro; el capitán Roberto Rodríguez "El Vaquerito"avanzó sobre la estación de policía; otros grupos fueron sobre la Cárcel, sobre la Audiencia y hacia el Gran Hotel donde se encontraba el enemigo.
La captura del tren blindado tuvo gran significación porque enriqueció el arsenal del ejército rebelde.
El regimiento número tres de Santa Clara se rindió el 1 de Enero de 1959 después que el comandante Ché Guevara pidiera su rendición incondicional.