Från början så hette staden Cathrineholm efter en gård här med samma namn. Gården hade fått namnet på 1600-talet av gårdens ägare, von de Lindhe, som namngav den efter sin hustru Catharina. Innan dess hade gården namnet Fulbonäs.
Katrineholm förknippas ofta med järnvägarna och tågstationen men det som många inte vet om var att fasaden på stationshuset från början var klädd i träpanel. Eller att stationshuset i Katrineholm eldhärjades i januari 1924. Det tros att det kan ha varit en gnista från ett ånglok som letat sig ner i en ventilationstrumma på stationshusets tak. Skadorna begränsades till vinden och stationen kunde nästan ha öppet som vanligt.
Befolkningen i Katrineholm ökade kraftigt när järnvägen kom och folk började bosätta sig här. År 1900 bodde det omkring 3000 personer i staden, bara 17 år senare hade befolkningen fördubblats till 6000 personer. 1917 var också det året som Katrineholm officiellt blev en stad. Befolkningen fortsatte öka därefter, år 1930 bodde det cirka 7000 personer och 1950 cirka 13000 personer i staden. Man skulle kunna säga att Katrineholm var en utpräglad industristad med flera stora och många mindre fabriker. De industrier som fanns var bland annat LM Eriksson, Svenska karosseri, SKF och Pumpseparator.
Andra industrier var främst inom textilbranschen. Enligt många kallades också Katrineholm för skolstaden. Det man menar med detta är Katrineholms Tekniska skola, KTS. KTS var en skola för vuxenutbildning. När skolan startade år 1906 så var den privat, men ett tag senare blev den kommunal och vem som helst kunde gå där. När skolan hade som flest elever gick det över 1000 elever från olika delar av Sverige och vissa var även från grannländerna.
Tågen och stationen har haft en väldigt stor påverkan på Katrineholm. År 1862 kom stambanan mellan Stockholm och Göteborg, bara fyra år senare kom den östra stambanan mot Norrköping. Det var då som Katrineholm blev en järnvägsknut och en väldigt bra transportpunkt för industrier runt om i landet. De stora industrierna hade nog inte varit intresserade om det inte hade funnits en järnväg här.
Det finns även många gamla gårdar och platser runt om i Katrineholm som till exempel Eriksberg och Julita. Även Katrineholms samskola som byggdes runt år 1900. Byggnaden är vid korsningen Hantverkargatan-Djulögatan och har haft många syften genom åren. I dag är insidan ombyggd till bostäder men exteriören är som den alltid varit.
Det har även bott några kända människor i denna stad. En av dem är Kerstin Ekman som är författare. Hon växte upp i Finspång men flyttade senare till Katrineholm och växte upp i staden men flyttade därefter till Örebro. Hon har till exempel skrivit böckerna Kvinnorna och staden som är ett samlingsnamn på fyra romaner. De handlar om Katrineholm men främst om kvinnorna här. Handlingen startar på 1860-talet och sträcker sig mer än hundra år framåt i tiden. Ragnar Toursie är också en författare från Katrineholm. Han har skrivit en känd dikt som heter Kråkornas skratt. Sedan så har även Göran Persson som var statsminister bott här i Katrineholm. Till sist har vi Carin Gerhardsen som är deckarförfattare. Hon har bland annat skrivit en bok som heter Tjockare än vatten och den är enligt många en rysare.
Staden har förändrats väldigt mycket sedan den kom till, till exempel att Katrineholm inte längre är en stad utan har blivit en storkommun eftersom kranskommunerna införlivades i storkommunen. Detta skedde alltså 1 januari 1971 och de kranskommuner som blev en del av kommunen var Stora Malm, Floda, Sköldinge, Julita och Björkvik.
Katrineholm är en typisk järnvägsknut, där järnvägsdragningen har varit helt avgörande för att Katrineholm skulle finnas i dag. Det finns massor av andra järnvägsknutar runt om i landet som inte heller hade funnits om inte järnvägen hade dragits just där man valde att dra den. Om det hade blivit som de flesta ville på 1850-talet, att man dragit den västra stamjärnvägen norr om Mälaren i stället för genom Sörmland. Då hade inte tätorten Katrineholm funnits idag, åtminstone inte i nuvarande form.